Baryon

Isospin og chargeEdit

kombinationer af tre U -, d-eller s-kvarker, der danner baryoner med en spin-3/2, danner uds baryon decuplet

kombinationer af tre U -, d-eller s-kvarker, der danner baryoner med en spin – 1/2, danner uds baryonoktet

begrebet isospin blev først foreslået af Heisenberg i 1932 for at forklare lighederne mellem protoner og neutroner under den stærke interaktion. Selvom de havde forskellige elektriske ladninger, var deres masser så ens, at fysikere troede, at de var den samme partikel. De forskellige elektriske ladninger blev forklaret som et resultat af en eller anden ukendt ophidselse svarende til spin. Denne ukendte ophidselse blev senere døbt isospin af Eugene Vigner i 1937.

denne tro varede indtil Murray Gell-Mann foreslog kvarkmodellen i 1964 (indeholder oprindeligt kun u, d og S kvarker). Succesen med isospin-modellen forstås nu som resultatet af de lignende masser af U-og d-kvarker. Da u-og d-kvarker har lignende masser, har partikler fremstillet af det samme antal også lignende masser. Den nøjagtige specifikke U-og d-kvarksammensætning bestemmer ladningen, da u-kvarker bærer ladning +2/3, mens d-kvarker bærer ladning -1/3. For eksempel har de fire deltaer alle forskellige ladninger (
Kurt++
(uuu),
Kurt+
(uud),
kurt0
(udd),
Kurt−
(ddd)), men har lignende masser (~1.232 MeV/c2), da de hver især er lavet af en kombination af tre u-eller d-kvarker. Under isospin-modellen blev de anset for at være en enkelt partikel i forskellige ladede tilstande.

matematikken i isospin blev modelleret efter spin. Isospin-fremskrivninger varierede i trin på 1 ligesom spin, og til hver projektion var der forbundet en “ladet tilstand”. Da ” Delta-partiklen “havde fire” ladede tilstande”, siges det at være af isospin i = 3/2. Dens “ladede stater”
kur++
,
kur+
,
kur0
og
kur−
svarede til isospin-fremskrivningerne henholdsvis i3 = +3/2, I3 = +1/2, I3 = -1/2 og i3 = -3/2. Et andet eksempel er”nukleonpartikel”. Da der var to nukleon “ladede tilstande”, blev det sagt at være af isospin 1/2. Den positive nukleon
N+
(proton) blev identificeret med I3 = +1/2 og den neutrale nukleon
N0
(neutron) med I3 = -1/2. Det blev senere bemærket, at isospin-fremskrivningerne var relateret til op og ned kvarkindholdet af partikler ved forholdet:

i 3 = 1 2, {\displaystyle I_ {\mathrm {3} } ={\frac {1}{2}},}

hvor n ‘ erne er antallet af op og ned kvarker og antikvarker.

i “isospin-billedet” blev de fire deltager og de to nukleoner antaget at være de forskellige tilstande af to partikler. I kvarkmodellen er deltager imidlertid forskellige tilstande af nukleoner (N++ eller N− er forbudt af Paulis udelukkelsesprincip). Selvom Isospin formidler et unøjagtigt billede af ting, bruges det stadig til at klassificere baryoner, hvilket fører til unaturlig og ofte forvirrende nomenklatur.

Smagskvantantalrediger

mærkeligheden smag kvantetal S (ikke at forveksle med spin) blev bemærket at gå op og ned sammen med partikelmasse. Jo højere massen er, desto lavere er mærkeligheden (jo flere S kvarker). Partikler kunne beskrives med isospin-fremspring (relateret til ladning) og mærkelighed (masse) (se uds-oktet-og decuplet-figurerne til højre). Da andre kvarker blev opdaget, blev nye kvantetal lavet til at have lignende beskrivelse af UDC-og UDB-oktetter og decupletter. Da kun u-og d-massen er ens, fungerer denne beskrivelse af partikelmasse og ladning med hensyn til isospin og smagskvantantal kun godt for oktet og decuplet lavet af en u, en d og en anden kvark og nedbrydes for de andre oktetter og decupletter (for eksempel ucb-oktet og decuplet). Hvis kvarkerne alle havde den samme masse, ville deres adfærd blive kaldt symmetrisk, da de alle ville opføre sig på samme måde som den stærke interaktion. Da kvarker ikke har den samme masse, interagerer de ikke på samme måde (nøjagtigt som en elektron placeret i et elektrisk felt vil accelerere mere end en proton placeret i det samme felt på grund af dens lettere masse), og symmetrien siges at være brudt.

det blev bemærket, at ladning (K) var relateret til isospinprojektionen (I3), baryontallet (B) og smagskvantumnumrene (S, C, B’, T) ved hjælp af Gell-Mann–Nishijima-formlen:

S = i 3 + 1 2 (B + S + C + B ‘+ T), {\displaystyle S=i_{3} + {\frac {1}{2}} \ venstre (B + S + C + B^{\prime } + T \ højre),}

hvor S, C, B’, og T repræsenterer mærkelighed, charme, bundhed og topness smag kvante tal, henholdsvis. De er relateret til antallet af mærkelige, charme, bund og top kvarker og antikvark i henhold til relationerne:

S = − ( n s − N s ) , C = + ( n c − n c ) , B ‘ = − ( n b − n b ) , T = + ( n t − n t ) , {\displaystyle {\begin{aligned}s&=-\left(n_{\mathrm {s} }-n_{\mathrm {\bar {s}} }\højre),\\C&=+\left(n_ {\mathrm {C}} – n_ {\mathrm {\Bar {C}}} \ højre), \ \ b ^ {\Prime} & = – \ venstre (n_ {\mathrm {B}} – n_ {\mathrm {\bar {b}}} \ højre), \ \ t & = + \ venstre (n_ {\mathrm {t}} – n_ {\mathrm {\bar {t}}} \ højre),\ende {justeret}}}

det betyder, at Gell–Mann-Nishijima-formlen svarer til udtrykket af ladning med hensyn til kvarkindhold:

2 3 − 1 3 . {\displaystyle n={\frac {2}{3}} \ left – {\frac {1}{3}}\left.}

Spin, orbital vinkelmoment og total vinkelmomentumrediger

Spin (kvantetal S) er en vektormængde, der repræsenterer en partikels “iboende” vinkelmoment. Det kommer i trin på 1/2 liter (udtales “h-bar”). Den er ofte droppet, fordi det er den “grundlæggende” enhed af spin, og det er underforstået, at “spin-1” betyder “spin-1 liter”. I nogle systemer af naturlige enheder vælges KRP til at være 1, og vises derfor ikke overalt.

kvarker er fermioniske partikler af spin 1/2 (S = 1/2). Da spinfremskrivninger varierer i trin på 1 (det vil sige 1 liter), har en enkelt kvark en spinvektor med længde 1/2 og har to spinfremskrivninger (s = +1/2 og S = -1/2). To kvarker kan have deres spins justeret, i hvilket tilfælde de to spinvektorer tilføjer for at lave en vektor med Længde S = 1 og tre spinfremspring (s = +1, s = 0 og S = -1). Hvis to kvarker har ikke-justerede spins, tilføjes spinvektorerne for at lave en vektor med længde S = 0 og har kun en spin-projektion (s = 0) osv. Da baryoner er lavet af tre kvarker, kan deres spinvektorer tilføje for at lave en vektor med Længde S = 3/2, som har fire spin-fremspring (s = +3/2, s = +1/2, S = -1/2 og s = -3/2) eller en vektor med Længde S = 1/2 med to spin-fremspring (s = +1/2 og S = -1/2).

der er en anden mængde vinkelmoment, kaldet orbital vinkelmoment (asimutalt kvantetal L), der kommer i trin på 1 liter, som repræsenterer vinkelmomentet på grund af kvarker, der kredser rundt om hinanden. Den samlede vinkelmoment (total vinkelmoment kvantetal J) af en partikel er derfor kombinationen af iboende vinkelmoment (spin) og orbital vinkelmoment. Det kan tage enhver værdi fra J = / L-S |til J = | L + S/, i trin på 1.

partikelfysikere er mest interesserede i baryoner uden orbital vinkelmoment (L = 0), da de svarer til jordtilstande—tilstande med minimal energi. Derfor er de to grupper af baryoner, der er mest undersøgt, S = 1/2; L = 0 og S = 3/2; L = 0, hvilket svarer til henholdsvis J = 1/2+ og J = 3/2+, selvom de ikke er de eneste. Det er også muligt at opnå J = 3/2+ partikler fra S = 1/2 og L = 2, såvel som S = 3/2 og L = 2. Dette fænomen med at have flere partikler i den samme samlede vinkelmomentkonfiguration kaldes degeneration. Hvordan man skelner mellem disse degenererede baryoner er et aktivt forskningsområde inden for baryonspektroskopi.

Paritetredit

hvis universet blev reflekteret i et spejl, ville de fleste af fysikkens love være identiske—ting ville opføre sig på samme måde uanset hvad vi kalder “venstre” og hvad vi kalder “højre”. Dette begreb spejlrefleksion kaldes” indre paritet “eller simpelthen” paritet ” (P). Tyngdekraften, den elektromagnetiske kraft og den stærke interaktion opfører sig alle på samme måde, uanset om universet reflekteres i et spejl eller ej, og siges således at bevare paritet (P-symmetri). Den svage interaktion skelner imidlertid “venstre” fra “højre”, et fænomen kaldet paritetsovertrædelse (P-overtrædelse).

baseret på dette, hvis bølgefunktionen for hver partikel (mere præcist, kvantefeltet for hver partikeltype) samtidig blev spejlvendt, ville det nye sæt bølgefunktioner perfekt tilfredsstille fysikkens love (bortset fra den svage interaktion). Det viser sig, at dette ikke er helt sandt: for at ligningerne skal opfyldes, skal bølgefunktionerne i visse typer partikler multipliceres med -1 ud over at være spejlvendt. Sådanne partikeltyper siges at have negativ eller ulige paritet (P = -1 eller alternativt P=–), mens de andre partikler siges at have positiv eller endda paritet (P = +1 eller alternativt P = +).

for baryoner er pariteten relateret til orbitalvinkelmomentet ved forholdet:

P = ( − 1 ) l . {\displaystyle P=(-1)^{L}.\ }