Baryon

Baryony (z řečtiny βαρύς  - těžký) - rodina elementárních částic : silně interagující [1] fermiony [2] , skládající se ze tří kvarků [3] . V roce 2015 byla také prokázána existence podobných částic 5 kvarků, nazývaných pentakvarky .

Mezi hlavní baryony patří (s nárůstem hmoty): proton , neutron , lambda baryon , sigma hyperon , xi hyperon , omega hyperon . Hmotnost omega-hyperonu (3278 hmotností elektronů ) je téměř 1,8krát větší než hmotnost protonu.

Baryony spolu s mezony (druhé sestávají ze sudého počtu kvarků a jsou bosony (?)) tvoří skupinu elementárních částic zapojených do silné interakce a nazývaných hadrony .

Název „baryon“, který zavedl v roce 1955 Abraham Pais [4] , pochází z řeckého slova pro „těžký“ (βαρύς, barus ), protože v té době měly nejznámější elementární částice menší hmotnosti než baryony.

Každý baryon má odpovídající antičástici (antibaryon), kde jejich příslušné antikvarky nahrazují kvarky. Například proton se skládá ze dvou up kvarků a jednoho down kvarku; a jeho odpovídající antičástice, antiproton, se skládá ze dvou up antikvarků a jednoho down antikvarku.

Klasifikace baryonů

Nejstabilnější baryony jsou proton (nejlehčí z baryonů) a neutron (dohromady tvoří skupinu nukleonů ). První z nich, pokud je dnes známo, je stabilní, druhý je stabilní ve (stabilních) atomových jádrech a ve volném stavu podléhá beta rozpadu s životností blízkou 1000 s. Těžší baryony se rozpadají za 10 −23 až 10 −10 s.

Nukleony mají kvarkové složení uud (proton) a udd (neutron). Jejich rotace je 1/2, podivnost je nulová. Hmotnost se blíží 940 MeV. Spolu s jejich krátkodobými excitovanými stavy patří nukleony do skupiny N-baryonů .

Baryony obsahující alespoň jeden podivný kvark (ale neobsahující těžší kvarky) se nazývají hyperony .

V rodině baryonů existují kromě nukleonů skupiny Δ-, Λ-, Σ-, Ξ- a Ω-baryonů.

• Δ-baryony (Δ ++ , Δ + , Δ 0 , Δ − ), stejně jako nukleony, se skládají z u- a d-kvarků , ale na rozdíl od nukleonů je jejich spin 3/2. Rozpadají se hlavně na nukleon a pion . Životnost Δ-baryonů se blíží 10 −23 s.

• Λ-baryony (Λ 0 ) jsou neutrální (ale ne skutečně neutrální) částice se spinem 1/2 a podivností −1 (tj. mohou být nazývány Λ-hyperony), skládající se z u-, d- a s-kvarku . V nich jsou kvarky u a d v isospinovém singletovém stavu ( I = 0). Hmotnost 1117 MeV . Rozpad se převážně na proton a záporný pion nebo na neutron a neutrální pion s životností 2,6⋅10 −10 s. Byly také objeveny těžké Λ-baryony (Λ + c a Λ 0 b ), ve kterých je podivný kvark nahrazen kvarkem očarovaným ( c-quark ) nebo krásným ( b-quark ).

• Σ-baryony (Σ + , Σ 0 , Σ − ) mají spin 1/2, podivnost −1. Stejně jako Λ-baryon se skládají z u-, d- a s-kvarků , ale v isospinu jsou triplety ( I =1). Neutrální Σ 0 -baryon má stejné kvarkové složení jako Λ 0 -baryon (uds), je však těžší, v souvislosti s tím se velmi rychle rozpadá na Λ 0 s emisí fotonu (životnost je pouze 6⋅10 −20 s, protože k rozpadu dochází v důsledku elektromagnetické interakce). Σ + (uus) a Σ − (dds) se rozpadnou asi za 10 −10 s na pion a nukleon. Je třeba poznamenat, že Σ + a Σ - nejsou částice a antičástice - jsou to nezávislé částice, každá z nich (jako mimochodem Σ 0 ) má svou vlastní antičástici. Hmotnosti Σ-hyperonů jsou asi 1200 MeV. Byly také objeveny těžké Σ-baryony, které nejsou hyperony (tj. obsahují těžší kvark místo s-kvarku).

• Ξ-baryony (Ξ 0 a Ξ − ) mají spin 1/2, podivnost −2. Obsahují dva podivné kvarky; kvarkové složení uss (Ξ 0 ) a dss (Ξ − ). Jejich hmotnost se blíží 1,3 GeV. Rozpadají se (s životností asi 10 −10 s) na pion a Λ 0 -hyperon. Existují těžké Ξ-baryony, které nejsou hyperony (jeden z podivných kvarků je nahrazen c- nebo b-kvarkem).

• Ω-baryony (existuje pouze jeden typ těchto částic, Ω − -hyperon) mají spin 3/2 a podivnost −3 a skládají se ze 3 podivných kvarků (sss). Hmotnost částice je 1,672 GeV. Převládající módy rozpadu jsou do Λ 0 -hyperonu a záporného kaonu nebo do Ξ 0 a záporného pionu (životnost je asi 10 −10 s). Bylo objeveno několik těžkých Ω-baryonů, které se vyznačují nahrazením jednoho ze s-kvarků těžkým kvarkem.

Existuje také široká škála krátkodobých excitovaných stavů těchto baryonů.

Většina lehkých baryonů v základním stavu se rozpadá kvůli slabé interakci, takže jejich životnost je relativně dlouhá (výjimkou je, jak bylo uvedeno výše, Σ 0 -hyperon).

Světelné baryony (hyperony, Δ-baryony a nukleony) jsou v závislosti na spinu součástí jednoho ze dvou multipletů : dekupletu se spinem 3/2 (Δ-baryony, Ω-hyperony a excitované stavy Σ- a Ξ-hyperonů ) a oktet se spinem 1/2 (nukleony, Σ-, Λ- a Ξ-hyperony).

Isospin a náboj

Pojem isospin poprvé navrhl Werner Heisenberg v roce 1932, aby vysvětlil podobnosti mezi protony a neutrony v silné interakci [5] . Přestože měly různé elektrické náboje, jejich hmotnosti byly tak podobné, že fyzici věřili, že jde o stejnou částici. Různé elektrické náboje byly vysvětleny jako výsledek nějaké neznámé excitace podobné spinu. Toto neznámé buzení bylo později pojmenováno jako isospin v roce 1937 Eugenem Wignerem [6] .

Tento koncept byl dodržován, dokud Murray Gell-Mann v roce 1964 nenavrhl kvarkový model (zpočátku obsahující pouze kvarky u, das) [7] . Úspěch isospinového modelu je nyní chápán jako výsledek stejných hmotností kvarků u a d. Protože kvarky u a d mají stejnou hmotnost, částice stejného počtu mají také stejnou hmotnost.

Baryonová hmota

Baryonová hmota  - hmota sestávající z baryonů (neutronů, protonů) a elektronů . Tedy obvyklá forma hmoty, substance . Podle moderních koncepcí je 7 % jeho hmoty obsaženo ve hvězdách, 7 % studeného a horkého plynu uvnitř galaxií, 4 % plynu v galaktických kupách, 28 % studeného mezigalaktického plynu, 15 % teplého mezigalaktického plynu, 40 % zředěného plynu s vláknitou struktura [8] [9] . Existuje také baryonová antihmota nebo antihmota .

Baryonové číslo

Baryony se řídí empiricky stanoveným zákonem zachování baryonového čísla: v uzavřeném systému je zachována hodnota rovna rozdílu mezi počtem baryonů a počtem antibaryonů. Tato veličina se nazývá baryonové číslo . Důvody pro zachování baryonového čísla jsou stále neznámé (v každém případě s ním není spojeno žádné měřicí pole , jako s elektrickým nábojem), nicméně v mnoha verzích moderních (dosud nepotvrzených) teorií, které rozšiřují standard Model, tento zákon může být porušen. Jestliže baryonové číslo není zachováno, pak se proton (nejlehčí z baryonů) může rozpadnout; rozpad protonu však dosud nebyl detekován - byla stanovena pouze spodní hranice životnosti protonu (od 10 29 do 10 33 let, v závislosti na kanálu rozpadu). Předpokládají se také další procesy, které nešetří baryonové číslo, jako jsou neutron-antineutronové oscilace .

Viz také

• Seznam baryonů
• Hyperony

Poznámky

1. ↑ Baryon // Vědeckotechnický encyklopedický slovník .  (Ruština) — Vědeckotechnický encyklopedický slovník
2. ↑ Baryony - Astronet
3. ↑ Klasifikace hadronů . Elements.ru _ Získáno 2. června 2014. Archivováno z originálu dne 3. března 2014. (neurčitý)
4. ↑ Nakano, Tadao; Nishijima, KazuhikoNábojová nezávislost pro V -částice  //  Pokrok teoretické fyziky. - 1953. - Listopad ( roč. 10 , č. 5 ). - str. 581-582 . - doi : 10.1143/PTP.10.581 .
5. ↑ W. Heisenberg (1932)
6. ↑ E. Wigner. O důsledcích symetrie jaderného Hamiltoniána na spektroskopii jader  // Physical Review  : journal  . - 1937. - Sv. 51 , č. 2 . - str. 106-119 . - doi : 10.1103/PhysRev.51.106 . - .
7. ↑ M. Gell-Mann. Schéma baryonů a mezonů   // Physics Letters. - 1964. - Sv. 8 , č. 3 . - S. 214-215 . - doi : 10.1016/S0031-9163(64)92001-3 . - .
8. ↑ arXiv.org Anna de Graaff, Yan-Chuan Cai, Catherine Heymans, John A. Peacock Chybějící baryony v kosmické síti odhalené efektem Sunyaev-Zel'dovich Archivováno 1. ledna 2019 na Wayback Machine
9. ↑ Taotao Fang Chybějící hmota nalezená v kosmickém webu Archivováno 1. dubna 2019 na Wayback Machine // Nature ,

Literatura

• Jean Letessier, Johann Rafelski, T. Ericson, PY Landshoff. Hadrony a kvark-gluonové plazma. - Cambridge University Press , 2002. - 415 s. — ISBN 9780511037276 .

Slovníky a encyklopedie	Skvělý norský Velký Rus Britannica (online) Universalis
V bibliografických katalozích	BNF : 119796751 GND : 4144076-6 J9U : 987007282991905171 LCCN : sh85012004