Baryoni

Baryonit ( kreikaksi βαρύς - raskas) - alkeishiukkasten  perhe : voimakkaasti vuorovaikuttavat [1] fermionit [2] , jotka koostuvat kolmesta kvarkista [3] . Vuonna 2015 todistettiin myös samankaltaisten viiden kvarkin partikkelien, joita kutsutaan pentakvarkeiksi , olemassaolo .

Pääbaryoneja ovat (massan kasvaessa): protoni , neutroni , lambda -baryoni , sigma-hyperoni , xi-hyperoni , omega-hyperoni . Omega-hyperonin massa (3278 elektronimassaa ) on lähes 1,8 kertaa protonin massa.

Baryonit yhdessä mesonien kanssa (jälkimmäiset koostuvat parillisesta määrästä kvarkeja ja ovat bosoneja (?)) muodostavat ryhmän voimakkaaseen vuorovaikutukseen osallistuvia alkuainehiukkasia, joita kutsutaan hadroneiksi .

Nimi "baryon", jonka Abraham Pais [4] esitti vuonna 1955 , tulee kreikan sanasta "raskas" (βαρύς, barus ), koska siihen aikaan tunnetuimpien alkuainehiukkasten massa oli pienempi kuin baryoneilla.

Jokaisella baryonilla on vastaava antipartikkeli (antibaryon), jossa niiden vastaavat antikvarkit korvaavat kvarkit. Esimerkiksi protoni koostuu kahdesta ylös-kvarkista ja yhdestä alas-kvarkista; ja sitä vastaava antipartikkeli, antiprotoni, koostuu kahdesta ylös antikvarkista ja yhdestä alas antikvarkista.

Baryonien luokitus

Vakaimmat baryonit ovat protoni (kevyin baryoneista) ja neutroni (yhdessä ne muodostavat ryhmän nukleoneja ). Ensimmäinen niistä on nykyisen tietämyksen mukaan stabiili, toinen on stabiili (stabiileissa) atomiytimissä ja käy läpi vapaassa tilassa beetahajoamisen , jonka elinikä on lähes 1000 s. Raskaammat baryonit hajoavat 10 -23 - 10 -10 sekunnissa.

Nukleoneilla on kvarkkikoostumus uud (protoni) ja udd (neutroni). Niiden spin on 1/2, kummallisuus on nolla. Massa on lähellä 940 MeV. Yhdessä lyhytikäisten virittyneiden tilojensa kanssa nukleonit kuuluvat N-baryonien ryhmään .

Baryoneja, jotka sisältävät vähintään yhden oudon kvarkin (mutta eivät sisällä raskaampia kvarkeja), kutsutaan hyperoneiksi .

Baryonien perheessä on nukleonien lisäksi Δ-, Λ-, Σ-, Ξ- ja Ω-baryoniryhmiä.

• Δ-baryonit (Δ ++ , Δ + , Δ 0 , Δ − ), kuten nukleonit, koostuvat u- ja d-kvarkeista , mutta toisin kuin nukleoneissa, niiden spin on 3/2. Ne hajoavat pääasiassa nukleoneiksi ja pioneiksi . Δ-baryonien elinikä on lähes 10 -23 s.

• Λ-baryonit (Λ 0 ) ovat neutraaleja (mutta ei todella neutraaleja) hiukkasia, joiden spin 1/2 ja kummallisuus −1 (eli niitä voidaan kutsua Λ-hyperoneiksi), jotka koostuvat u-, d- ja s-kvarkista . Niissä u- ja d-kvarkit ovat isospin - singlettitilassa ( I = 0). Massa 1117 MeV . Hajoaa pääasiassa protoniksi ja negatiiviseksi pioniksi tai neutroniksi ja neutraaliksi pioniksi, joiden elinikä on 2,6⋅10 −10 s. Myös raskaita Λ-baryoneja (Λ + c ja Λ 0 b ) on löydetty, joissa outo kvarkki on korvattu hurmatulla ( c-quark ) tai kauniilla ( b-quark ).

• Σ-baryoneilla (Σ + , Σ 0 , Σ − ) on spin 1/2, outo -1. Kuten Λ-baryon, ne koostuvat u-, d- ja s-kvarkeista , mutta ovat triplettejä isospinissa ( I =1). Neutraalilla Σ 0 -baryonilla on sama kvarkkikoostumus kuin Λ 0 -baryonilla (uds), mutta se on raskaampi, minkä yhteydessä se hajoaa erittäin nopeasti Λ 0 :ksi fotonin emission mukana (elinikä vain 6⋅10 −20 s, koska hajoaminen tapahtuu sähkömagneettisen vuorovaikutuksen vuoksi). Σ + (uus) ja Σ − (dds) hajoavat noin 10 −10 sekunnissa pioniksi ja nukleoniksi. On huomattava, että Σ + ja Σ - eivät ole hiukkasia ja antihiukkasia - ne ovat itsenäisiä hiukkasia, joista jokaisella (kuten muuten Σ 0 ) on oma antipartikkelinsa. Σ-hyperonien massat ovat noin 1200 MeV. On myös löydetty raskaita Σ-baryoneja, jotka eivät ole hyperoneja (eli sisältävät raskaamman kvarkin s-kvarkin sijaan).

• Ξ-baryoneilla (Ξ 0 ja Ξ − ) on spin 1/2, kummallisuudella −2. Ne sisältävät kaksi outoa kvarkkia; kvarkin koostumus uss (Ξ 0 ) ja dss (Ξ − ). Niiden massa on lähellä 1,3 GeV. Ne hajoavat (elinikä noin 10 −10 s) pioniksi ja Λ 0 -hyperoniksi. On raskaita Ξ-baryoneja, jotka eivät ole hyperoneja (yksi oudoista kvarkeista korvataan c- tai b-kvarkilla).

• Ω-baryoneilla (näitä hiukkasia on vain yksi tyyppi, Ω − -hyperoni) on spin 3/2 ja outous −3, ja ne koostuvat 3 oudosta kvarkista (sss). Hiukkasmassa on 1,672 GeV. Vallitsevia vaimenemismuotoja ovat Λ 0 -hyperoni ja negatiivinen kaoni tai Ξ 0 ja negatiivinen pioni (elinikä noin 10 −10 s). Joitakin raskaita Ω-baryoneja on löydetty, joille on ominaista, että yksi s-kvarkeista on korvattu raskaalla kvarkilla.

Näillä baryoneilla on myös laaja valikoima lyhytikäisiä kiihtyneitä tiloja.

Suurin osa perustilassa olevista valobaryoneista hajoaa heikon vuorovaikutuksen vuoksi, joten niiden elinikä on suhteellisen pitkä (poikkeuksena on, kuten edellä mainittiin, Σ 0 -hyperoni).

Kevyet baryonit (hyperonit, Δ-baryonit ja nukleonit) ovat spinistä riippuen osa toista kahdesta multipletistä : dekupletti, jonka spin 3/2 (Δ-baryonit, Ω-hyperonit ja Σ- ja Ξ-hyperonien viritetyt tilat ) ja oktetti, jonka spin 1/2 (nukleonit, Σ-, Λ- ja Ξ-hyperonit).

Isospin ja lataus

Werner Heisenberg ehdotti isospinin käsitteen ensimmäisen kerran vuonna 1932 selittääkseen protonien ja neutronien välisiä yhtäläisyyksiä vahvassa vuorovaikutuksessa [5] . Vaikka niillä oli erilaiset sähkövaraukset, niiden massat olivat niin samanlaiset, että fyysikot uskoivat niiden olevan sama hiukkanen. Erilaiset sähkövaraukset selitettiin jostain tuntemattomasta spinin kaltaisesta virityksestä. Eugene Wigner nimesi tämän tuntemattoman herätteen myöhemmin isospiniksi vuonna 1937 [6] .

Tätä konseptia noudatettiin, kunnes Murray Gell-Mann ehdotti kvarkkimallia (joka sisälsi alun perin vain u, d ja s kvarkeja) vuonna 1964 [7] . Isospin-mallin menestyksen ymmärretään nyt olevan seurausta samoista u- ja d-kvarkkien massoista. Koska u- ja d-kvarkeilla on samat massat, myös saman lukumäärän hiukkasilla on sama massa.

Baryon-aine

Baryoniaine  - aine , joka koostuu baryoneista (neutroneista, protoneista) ja elektroneista . Eli tavallinen aineen muoto, substanssi . Nykyaikaisten käsitteiden mukaan 7 % sen massasta on tähdissä, 7 % kylmää ja kuumaa kaasua galaksien sisällä, 4 % kaasua galaktisissa klusteissa, 28 % kylmää galaksien välistä kaasua, 15 % lämmintä galaksien välistä kaasua, 40 % kuitukaasua. rakenne [8 ] [9] . On myös baryonista antiainetta tai antimateriaa .

Baryonnumero

Baryonit noudattavat empiirisesti vahvistettua baryoniluvun säilymislakia: suljetussa järjestelmässä säilyy arvo, joka on yhtä suuri kuin baryonien lukumäärän ja antibaryonien lukumäärän välinen ero. Tätä määrää kutsutaan baryoniluvuksi . Baryoniluvun säilymisen syyt ovat edelleen tuntemattomia (joka tapauksessa siihen ei liity mitään mittakenttää , kuten sähkövaraukseen), mutta monissa nykyaikaisten (ei vielä vahvistettujen) teorioiden versioissa, jotka laajentavat standardia Malli, tätä lakia voidaan rikota. Jos baryoniluku ei säily, protoni (kevyin baryoneista) voi hajota; Protonin hajoamista ei kuitenkaan ole vielä havaittu - vain protonin eliniän alaraja on määritetty (10 29 - 10 33 vuotta, hajoamiskanavasta riippuen). Myös muita prosesseja, jotka eivät säilytä baryonilukua, ennustetaan, kuten neutroni- antineutronivärähtelyt .

Katso myös

• Luettelo baryoneista
• Hyperonit

Muistiinpanot

1. ↑ Baryon // Tieteellinen ja tekninen tietosanakirja .  (Venäjän kieli) — Tieteellinen ja tekninen tietosanakirja
2. ↑ Baryons - Astronet
3. ↑ Hadronien luokitus . Elements.ru . Haettu 2. kesäkuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 3. maaliskuuta 2014. (määrätön)
4. ↑ Nakano, Tadao; Nishijima, KazuhikoVarauksen riippumattomuus V - hiukkasille  // Teoreettisen fysiikan  edistyminen. - 1953. - marraskuu ( osa 10 , nro 5 ). - s. 581-582 . - doi : 10.1143/PTP.10.581 .
5. ↑ W. Heisenberg (1932)
6. ↑ E. Wigner. Ydinhamiltonin symmetrian seurauksista ytimien spektroskopiaan  // Physical Review  : Journal  . - 1937. - Voi. 51 , no. 2 . - s. 106-119 . - doi : 10.1103/PhysRev.51.106 . - .
7. ↑ M. Gell-Mann. Kaavio baryoneista ja mesoneista   // Physics Letters. - 1964. - Voi. 8 , ei. 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 Sunyaev-Zel'dovich-ilmiön paljastamia puuttuvia baryoneja kosmisesta verkosta Arkistoitu 1. tammikuuta 2019 Wayback Machinessa
9. ↑ Taotao Fang Kosmisesta verkosta löydetty puuttuva aine Arkistoitu 1. huhtikuuta 2019 Wayback Machinessa // Luonto ,

Kirjallisuus

• Jean Letessier, Johann Rafelski, T. Ericson, PY Landshoff. Hadronit ja Quark-Gluon Plasma. - Cambridge University Press , 2002. - 415 s. — ISBN 9780511037276 .

Sanakirjat ja tietosanakirjat	Hienoa norjalaista Iso venäläinen Britannica (verkossa) Universalis
Bibliografisissa luetteloissa	BNF : 119796751 GND : 4144076-6 J9U : 987007282991905171 LCCN : sh85012004