Войти
Как адроны соотносятся с двумя другими классами субатомных частиц, бозонов и фермионы В физике элементарных частиц, адрон(
слушайте ) (греч. : ἁδρός, hadrós ; "толстый, толстый") представляет собой субатомную составную частицу, состоящую из двух или более кварков , удерживаемых вместе за счет сильной силы в подобно тому, как молекулы удерживаются вместе посредством электромагнитной силы. Большая часть массы обычного вещества происходит от двух адронов: протон и нейтрон.
Адроны делятся на два семейства: барионы, состоящие из нечетного числа кварки - обычно три кварка - и мезоны, состоящие из четного числа кварков - обычно один кварк и один антикварк. Протоны и нейтроны (которые составляют большую часть массы атома ) являются примерами барионов; пионы являются примером мезона. «Экзотические» адроны, содержащие более трех валентных кварков, были открыты в последние годы. Состояние тетракварка (экзотический мезон ), названное Z (4430), было обнаружено в 2007 году Belle Collaboration и подтверждено. как резонанс в 2014 году коллаборацией LHCb. Два состояния пентакварка (экзотические барионы ), названные P. c(4380) и P. c(4450), были обнаружены в 2015 г. с помощью LHCb сотрудничество. Есть несколько более экзотических кандидатов в адроны и другие комбинации цветных синглетных кварков, которые также могут существовать.
Почти все "свободные" адроны и антиадроны (то есть изолированные и не связанные с атомным ядром ) считаются нестабильными и в конечном итоге распадаются (распадаются) на другие частицы. Единственное известное исключение относится к свободным протонам, которые , возможно, стабильны, или, по крайней мере, для распада требуется огромное количество времени (порядка 10 лет). Свободные нейтроны нестабильны и распадаются с периодом полураспада около 611 секунд. Ожидается, что их соответствующие античастицы будут следовать той же схеме, но их трудно захватить и изучить, потому что они немедленно аннигилируют при контакте с обычной материей. «Связанные» протоны и нейтроны, содержащиеся в атомном ядре, обычно считаются стабильными. Экспериментально адронная физика изучается путем столкновения протонов или ядер тяжелых элементов, таких как свинец или золото, и обнаружения обломков в потоках образовавшихся частиц. В естественной среде мезоны, такие как пионы, образуются в результате столкновений космических лучей с атмосферой.
Термин «адрон» был введен Львом Б. Окуном в пленарном докладе на Международной конференции по физике высоких энергий 1962 года. В своем выступлении он сказал:
Несмотря на то, что в этом отчете рассматриваются слабые взаимодействия, нам часто придется говорить о сильно взаимодействующих частицах. Эти частицы создают не только многочисленные научные проблемы, но и терминологическую проблему. Дело в том, что «сильно взаимодействующие частицы» - очень неуклюжий термин, который не поддается образованию прилагательного. По этой причине, если взять только один пример, распад на сильно взаимодействующие частицы называется не- лептонным. Это определение неточно, потому что «нелептонный» может также означать «фотонный». В этом отчете я буду называть сильно взаимодействующие частицы «адронами», а соответствующие распады «адронными» (греческое ἁδρός означает «большой», «массивный», в отличие от λεπτ, что означает «маленький», «легкий»). Надеюсь, эта терминология окажется удобной.
Все типы адронов имеют нулевой общий цветной заряд (показаны три примера) Согласно кварковой модели, свойства адронов в первую очередь определяются их так называемыми валентные кварки. Например, протон состоит из двух up-кварков (каждый с электрическим зарядом + ⁄ 3, всего + ⁄ 3 вместе) и один даун-кварк (с электрическим зарядом - ⁄ 3). Их сложение дает заряд протона +1. Хотя кварки также несут цветовой заряд , адроны должны иметь нулевой общий цветной заряд из-за явления, называемого удержанием цвета. То есть адроны должны быть «бесцветными» или «белыми». Проще всего это сделать с кварком одного цвета и антикварком соответствующего антицвета или с тремя кварками разного цвета. Адроны с первым расположением относятся к типу мезонов, а со вторым расположением - к типу барионов.
Безмассовые виртуальные глюоны составляют численное большинство частиц внутри адронов. Сила сильного взаимодействия глюонов, которые связывают кварки вместе, имеет достаточную энергию (E), чтобы иметь резонансы, состоящие из массивных (m) кварков (E>mc ). Одним из результатов является то, что короткоживущие пары виртуальных кварков и антикварков постоянно образуются и снова исчезают внутри адрона. Поскольку виртуальные кварки не являются стабильными волновыми пакетами (квантами), а представляют собой нерегулярное и временное явление, не имеет смысла спрашивать, какой кварк настоящий, а какой виртуальный; только небольшой избыток виден снаружи в виде адрона. Следовательно, когда утверждается, что адрон или антиадрон состоит (обычно) из 2 или 3 кварков, это технически относится к постоянному избытку кварков по сравнению с антикварками.
Как и всем субатомным частицам, адронам присваиваются квантовые числа, соответствующие представлениям группы группы Пуанкаре : J (m), где J - квантовое число спин, P - внутренняя четность (или P-четность ), C - зарядовое сопряжение (или C-четность ) и m масса частицы. Обратите внимание, что масса адрона очень мало связана с массой его валентных кварков; скорее, из-за эквивалентности массы и энергии большая часть массы происходит от большого количества энергии, связанной с сильным взаимодействием. Адроны также могут нести ароматические квантовые числа, такие как изоспин (G-четность ) и странность. Все кварки несут аддитивное сохраняющееся квантовое число, называемое барионным числом (B), которое равно + ⁄ 3 для кварков и - ⁄ 3 для антикварков.. Это означает, что барионы (составные частицы, состоящие из трех, пяти или большего нечетного числа кварков) имеют B = 1, тогда как мезоны имеют B = 0.
Адроны имеют возбужденные состояния, известные как резонансы. Каждый основное состояние адрон может иметь несколько возбужденных состояний; в экспериментах наблюдалось несколько сотен резонансов. Резонансы затухают очень быстро (примерно за 10 секунд ) из-за сильного ядерного взаимодействия.
В других фазах материи адроны могут исчезнуть. Например, при очень высокой температуре и высоком давлении, если не существует достаточно большого количества разновидностей кварков, теория квантовой хромодинамики (КХД) предсказывает, что кварки и глюоны больше не будут ограничиваться внутри адронов, «потому что сила сильного взаимодействия уменьшается с энергией ». Это свойство, известное как асимптотическая свобода, было экспериментально подтверждено в диапазоне энергий от 1 ГэВ (гигаэлектронвольт) до 1 ТэВ (тераэлектронвольт).
Все свободные адроны , кроме (возможно) протона и антипротона, нестабильны.
Барионы являются адронами, содержащими нечетное число валентных кварков (не менее 3). Наиболее известные барионы, такие как протон и нейтрон, имеют три валентных кварка, но пентакварки с пятью кварками - три кварка разных цветов, а также один дополнительный кварк. -антикварковая пара - также доказано существование. Поскольку барионы имеют нечетное количество кварков, все они также являются фермионами, т.е. имеют полуцелое число спина. Поскольку кварки обладают барионным числом B = ⁄ 3, барионы имеют барионное число B = 1. Пентакварки также имеют B = 1, поскольку барионные числа дополнительных кварков и антикварков сокращаются.
Каждому типу бариона соответствует соответствующая античастица (антибарион), в которой кварки заменены соответствующими им антикварками. Например, как протон состоит из двух ап-кварков и одного нижнего кварка, соответствующая ему античастица, антипротон, состоит из двух верхних антикварков и одного нижнего антикварка.
По состоянию на август 2015 г. известно два пентакварка, P. c(4380) и P. c(4450), оба обнаружены в 2015 г. коллаборацией LHCb.
Мезоны - это адроны, содержащие четное число валентных кварков (не менее 2). Наиболее известные мезоны состоят из пары кварк-антикварк, но возможные тетракварки (4 кварка) и гексакварки (6 кварков, содержащих либо дибарион, либо три кварк-антикварковые пары), были обнаружены и исследуются для подтверждения их природы. Могут существовать несколько других гипотетических типов экзотического мезона, которые не подпадают под кварковую модель классификации. К ним относятся глюболы и гибридные мезоны (мезоны, связанные возбужденными глюонами ).
Поскольку мезоны имеют четное число кварков, все они также являются бозонами с целым числом спином, то есть 0, 1 или -1. У них барионное число B = ⁄ 3 - ⁄ 3 = 0. Примеры мезонов, обычно получаемых в экспериментах по физике элементарных частиц, включают пионы и каоны.. Пионы также играют роль в удержании атомных ядер вместе за счет остаточной сильной силы.
Словарь определения адрона в Викисловаре