Baryon

Barionok ( görögül βαρύς  - nehéz) - elemi részecskék családja : erősen kölcsönható [1] fermionok [2] , három kvarkból [3] állnak . 2015-ben 5 kvark hasonló részecskéi, az úgynevezett pentakvarkok létezését is bebizonyították .

A fő barionok a következők (a tömeg növekedésével): proton , neutron , lambda-barion , szigma-hiperon , xi-hiperon , omega-hiperon . Az omega-hiperon tömege (3278 elektrontömeg ) csaknem 1,8-szorosa a proton tömegének.

A barionok a mezonokkal együtt (ez utóbbiak páros számú kvarkból állnak és bozonok (?)) erős kölcsönhatásban részt vevő elemi részecskék csoportját alkotják, amelyeket hadronoknak neveznek .

Az Abraham Pais [4] által 1955-ben bevezetett "barion" név a görög "nehéz" szóból (βαρύς, barus ) származik , mert akkoriban a legismertebb elemi részecskék kisebb tömegűek voltak, mint a barionok.

Minden barionnak van egy megfelelő antirészecskéje (antibaryon), ahol a megfelelő antikvarkjai helyettesítik a kvarkokat. Például egy proton két up kvarkból és egy down kvarkból áll; és a megfelelő antirészecskéje, az antiproton két felfelé antikvarkból és egy lefelé antikvarkból áll.

A barionok osztályozása

A legstabilabb barionok a proton (a barionok közül a legkönnyebb) és a neutron (együtt nukleoncsoportot alkotnak ). Közülük az első a mai ismereteink szerint stabil, a második (stabil) atommagokban stabil, és szabad állapotban béta-bomláson megy keresztül közel 1000 s élettartammal . A nehezebb barionok 10-23-10-10 s alatt bomlanak le .

A nukleonok kvarkösszetétele uud (proton) és udd (neutron). A pörgésük 1/2, a furcsaság nulla. A tömeg megközelíti a 940 MeV-ot. A nukleonok rövid életű gerjesztett állapotukkal együtt az N-barionok csoportjába tartoznak .

Azokat a barionokat, amelyek legalább egy furcsa kvarkot tartalmaznak (de nem tartalmaznak nehezebb kvarkokat), hiperonoknak nevezzük .

A barionok családjában a nukleonokon kívül Δ-, Λ-, Σ-, Ξ- és Ω-barionok csoportjai találhatók.

• A Δ-barionok (Δ ++ , Δ + , Δ 0 , Δ − ) a nukleonokhoz hasonlóan u- és d-kvarkokból állnak , de a nukleonokkal ellentétben spinük 3/2. Főleg nukleonná és pionná bomlanak le . A Δ-barionok élettartama közel 10-23 s.

• A Λ-barionok (Λ 0 ) semleges (de nem igazán semleges) részecskék, amelyek spinje 1/2 és furcsasága −1 (vagyis nevezhetjük Λ-hiperonoknak), amelyek u-, d- és s-kvarkból állnak . Ezekben az u- és d-kvarkok izospin szingulett állapotban vannak ( I = 0). Tömeg 1117 MeV . Túlnyomórészt protonná és negatív pionná vagy neutronná és semleges pionná bomlik, élettartamuk 2,6⋅10 −10 s. Nehéz Λ-barionokat (Λ + c és Λ 0 b ) is felfedeztek, amelyekben a furcsa kvarkot egy elbűvölő ( c-quark ) vagy szép ( b-quark ) váltja fel.

• A Σ-barionok (Σ + , Σ 0 , Σ − ) spinje 1/2, furcsasága −1. A Λ-barionhoz hasonlóan u-, d- és s-kvarkokból állnak , de izospinben triplettek ( I =1). A semleges Σ 0 -barion kvarkösszetétele megegyezik a Λ 0 -barionéval (uds), de nehezebb, ezzel összefüggésben egy foton emissziójával nagyon gyorsan Λ 0 -ra bomlik (élettartam mindössze 6⋅10). −20 s, mivel a bomlás az elektromágneses kölcsönhatás miatt következik be). Σ + (uus) és Σ − (dds) körülbelül 10 -10 s alatt bomlik pionná és nukleonná. Meg kell jegyezni, hogy Σ + és Σ - nem részecskék és antirészecskék - ezek független részecskék, mindegyiknek (mint egyébként Σ 0 ) is megvan a maga antirészecskéje. A Σ-hiperonok tömege körülbelül 1200 MeV. Olyan nehéz Σ-barionokat is felfedeztek, amelyek nem hiperonok (azaz s-kvark helyett nehezebb kvarkot tartalmaznak).

• A Ξ-barionok (Ξ 0 és Ξ − ) spin 1/2, furcsaság -2. Két furcsa kvarkot tartalmaznak; kvark összetétele uss (Ξ 0 ) és dss (Ξ − ). Tömegük közel 1,3 GeV. Lebomlanak (kb. 10–10 s élettartammal ) pionná és Λ 0 -hiperonná. Vannak nehéz Ξ-barionok, amelyek nem hiperonok (az egyik furcsa kvarkot c- vagy b-kvark helyettesíti).

• Az Ω-barionok (e részecskéknek csak egy típusa van, az Ω − -hiperon) spinje 3/2 és furcsasága −3, és 3 furcsa kvarkból (sss) állnak. A részecske tömege 1,672 GeV. A domináns bomlási módok a Λ 0 -hiperonba és a negatív kaonba vagy a Ξ 0 -ba és a negatív pionba (élettartam kb. 10 −10 s). Felfedeztek néhány nehéz Ω-bariont, amelyek az egyik s-kvarkot nehéz kvarkkal cserélték ki.

Ezen barionok rövid életű gerjesztett állapotainak széles skálája létezik.

Az alapállapotban lévő fénybarionok többsége a gyenge kölcsönhatás miatt lebomlik, így élettartamuk viszonylag hosszú (a kivétel, mint fentebb megjegyeztük, a Σ 0 -hiperon).

A fénybarionok (hiperonok, Δ-barionok és nukleonok) a spintől függően a két multiplett egyikének részét képezik : egy dekupletnek 3/2 spinnel (Δ-barionok, Ω-hiperonok és Σ- és Ξ-hiperonok gerjesztett állapotai ) és egy oktett 1/2 spinnel (nukleonok, Σ-, Λ- és Ξ-hiperonok).

Isospin és töltés

Az izospin fogalmát először Werner Heisenberg javasolta 1932-ben, hogy megmagyarázza a protonok és a neutronok közötti hasonlóságokat az erős kölcsönhatásban [5] . Bár eltérő elektromos töltésük volt, tömegük annyira hasonló volt, hogy a fizikusok azt hitték, hogy ugyanaz a részecske. A különféle elektromos töltéseket valamilyen, a spinhez hasonló, ismeretlen gerjesztés eredményeként magyarázták. Ezt az ismeretlen gerjesztést később Eugene Wigner [6] isospinnek nevezte el 1937-ben .

Ezt a koncepciót követték egészen addig, amíg Murray Gell-Mann 1964-ben fel nem javasolta a kvarkmodellt (kezdetben csak u, d és s kvarkokat tartalmazott) [7] . Az izospin-modell sikere ma már az u és d kvarkok azonos tömegének eredménye. Mivel az u és d kvarkok tömege azonos, az azonos számú részecskék tömege is azonos.

Baryon anyag

Barion anyag  - barionokból (neutronokból, protonokból) és elektronokból álló anyag . Vagyis az anyag szokásos formája, az anyag . A modern elképzelések szerint tömegének 7%-a csillagokban található, 7%-a hideg és forró gáz a galaxisokban, 4%-a galaktikus halmazokban, 28%-a hideg intergalaktikus gáz, 15%-a meleg intergalaktikus gáz, 40%-a szálas ritkított gáz. szerkezet [8 ] [9] . Létezik barionos antianyag vagy antianyag is .

Baryon szám

A barionok betartják az empirikusan megállapított barionszám-megmaradási törvényt: zárt rendszerben a barionok száma és az antibarionok számának különbségével megegyező érték konzerválódik. Ezt a mennyiséget barionszámnak nevezzük . A barionszám megőrzésének okai még mindig ismeretlenek (mindenesetre semmilyen mérőmező nem kapcsolódik hozzá , mint az elektromos töltéshez), azonban a modern (még meg nem erősített) elméletek számos változatában, amelyek kiterjesztik a szabványt Modell, ez a törvény megsérthető. Ha a barionszám nem konzervált, akkor a proton (a barionok közül a legkönnyebb) lebomolhat; A proton bomlását azonban még nem észlelték - csak a proton élettartamának alsó határát állapították meg (10 29 és 10 33 év között, a bomlási csatornától függően). Más folyamatokat is jósolnak, amelyek nem tartják meg a barionszámot, például a neutron-antineutron oszcillációkat .

Lásd még

• A barionok listája
• Hyperons

Jegyzetek

1. ↑ Baryon // Tudományos és műszaki enciklopédikus szótár .  (Orosz) — Tudományos és műszaki enciklopédikus szótár
2. ↑ Baryons – Asztronet
3. ↑ A hadronok osztályozása . Elements.ru . Letöltve: 2014. június 2. Az eredetiből archiválva : 2014. március 3.. (határozatlan)
4. ↑ Nakano, Tadao; Nishijima, KazuhikoV - részecskék töltésfüggetlensége // Progress  of Theoretical Physics. - 1953. - november ( 10. évf. , 5. sz.). - P. 581-582 . - doi : 10.1143/PTP.10.581 .
5. ↑ W. Heisenberg (1932)
6. ↑ E. Wigner. A nukleáris Hamilton szimmetriájának következményeiről a magok spektroszkópiájára  // Fizikai áttekintés  : folyóirat  . - 1937. - 1. évf. 51 , sz. 2 . - 106-119 . o . - doi : 10.1103/PhysRev.51.106 . - .
7. ↑ M. Gell-Mann. Baryonok és mezonok vázlata   // Fizikai levelek. - 1964. - 1. évf. 8 , sz. 3 . - P. 214-215 . - doi : 10.1016/S0031-9163(64)92001-3 . - .
8. ↑ arXiv.org Anna de Graaff, Yan-Chuan Cai, Catherine Heymans, John A. Peacock A Sunyaev-Zel'dovich effektus által feltárt hiányzó barionok a kozmikus hálóban Archiválva : 2019. január 1. a Wayback Machine -nél
9. ↑ Taotao Fang Hiányzó anyagot találtak a kozmikus hálóban Archiválva 2019. április 1-én a Wayback Machine -nél // Nature ,

Irodalom

• Jean Letessier, Johann Rafelski, T. Ericson, PY Landshoff. Hadronok és kvark-gluon plazma. - Cambridge University Press , 2002. - 415 p. — ISBN 9780511037276 .

Szótárak és enciklopédiák	Nagy norvég Nagy orosz Britannica (online) Universalis
Bibliográfiai katalógusokban	BNF : 119796751 GND : 4144076-6 J9U : 987007282991905171 LCCN : sh85012004