Baryon

izospin és töltése

három u, d vagy s kvark kombinációi, amelyek barionokat képeznek a spin-3/2 alkotják a uds baryon decuplet

három u, d vagy s kvark kombinációja, amelyek barionokat képeznek a spin-1/2 alkotják a uds Barion oktett

az izospin fogalmát először Werner Heisenberg javasolta 1932-ben, hogy megmagyarázza a protonok és a neutronok közötti hasonlóságokat az erős kölcsönhatás során. Bár különböző elektromos töltéseik voltak, tömegük annyira hasonló volt, hogy a fizikusok azt hitték, hogy ugyanaz a részecske. A különböző elektromos töltéseket úgy magyarázták, hogy a centrifugáláshoz hasonló ismeretlen gerjesztés eredménye. Ezt az ismeretlen gerjesztést később Eugene Wigner nevezte el isospin 1937-ben.

ez a hit addig tartott, amíg Murray Gell-Mann 1964-ben meg nem javasolta a kvark modellt (amely eredetileg csak az u, d és s kvarkokat tartalmazta). Az izospin modell sikere ma már az u és d kvarkok hasonló tömegének eredménye. Mivel az u és d kvarkok tömege hasonló, az azonos számú részecskék tömege is hasonló. A pontos specifikus u és d kvark összetétel határozza meg a töltést, mivel az u kvarkok +2/3 töltést hordoznak, míg a d kvarkok -1/3 töltést hordoznak. Például a négy Deltának különböző töltései vannak (
++
(uuu),
6337>(uud),
0
(udd),
(DDD)), de hasonló tömegük van (~1232 MeV/c2), mivel mindegyik három u vagy d kvark kombinációjából áll. Az izospin modell szerint egyetlen részecskének tekintették őket különböző töltött állapotokban.

az izospin matematikáját a spin után modellezték. Az izospin vetületek 1-es lépésekben változtak, csakúgy, mint a spin, és minden vetülethez “töltött állapot”társult. Mivel a” Delta részecskének “négy” töltött állapota ” volt, azt mondták, hogy izospin I = 3/2. “Töltött állapotai”
~ ++
,
~ +
,
~ 0
és
~ −
megfeleltek az i3 = +3/2, I3 = +1/2, I3 = -1/2 és I3 = -3/2 izospin-előrejelzéseknek. Egy másik példa a “nukleon részecske”. Mivel két nukleon “töltött állapot” volt, azt mondták, hogy izospin 1/2. A
n+
pozitív nukleont(proton) i3 = +1/2, a semleges nukleont
N0
(neutron) pedig I3 = -1/2-vel azonosították. Később megfigyelték, hogy az izospin vetületek a részecskék fel-le kvarktartalmához kapcsolódnak a következő relációval:

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

ahol n A fel és le kvarkok és antikvarkok száma.

az “izospin képen” a négy deltát és a két nukleont két részecske különböző állapotának tekintették. A kvark modellben azonban a delták a nukleonok különböző állapotai (a N++ vagy N− Pauli kizárási elve tiltja). Az izospin, bár pontatlan képet ad a dolgokról, még mindig használják a barionok osztályozására, ami természetellenes és gyakran zavaros nómenklatúrához vezet.

íz kvantum számokszerkesztés

az S furcsaságkvantumszám (nem tévesztendő össze a spinnel) a részecske tömegével együtt fel-le járkált. Minél nagyobb a tömeg, annál kisebb a furcsaság (minél több s kvark). A részecskék leírhatók izospin vetületekkel (töltéssel kapcsolatos) és furcsasággal (tömeg) (lásd az uds oktett és decuplet ábrákat a jobb oldalon). Ahogy más kvarkokat is felfedeztek, új kvantumszámokat készítettek, amelyek hasonló leírást adtak az udc és udb oktettekről és dekupletekről. Mivel csak az u és d tömeg hasonló, a részecske tömegének és töltésének ez a leírása az izospin és az ízkvantumszámok tekintetében csak az egy U, egy d és egy másik kvarkból álló oktett és decuplet esetében működik jól, és a többi oktett és decuplet esetében (például ucb oktett és decuplet) lebomlik. Ha a kvarkok mindegyike azonos tömegű lenne, viselkedésüket szimmetrikusnak neveznénk, mivel mindannyian ugyanúgy viselkednének az erős kölcsönhatáshoz. Mivel a kvarkok tömege nem azonos, nem azonos módon lépnek kölcsönhatásba (pontosan úgy, mint egy elektromos mezőbe helyezett elektron, amely könnyebb tömege miatt jobban felgyorsul, mint egy ugyanabba a mezőbe helyezett proton), és a szimmetria állítólag megtört.

megfigyelték, hogy a töltés (Q) A Gell-Mann–Nishijima képlettel kapcsolatban áll az izospin-vetülettel (I3), a barionszámmal (B) és az ízkvantumszámokkal (S, C, B’, t) :

Q = I 3 + 1 2 (B + S + C + B ‘+ T), {\displaystyle Q=i_{3} + {\frac {1}{2}} \ bal (B + S + C + B^{\prime } + t \ jobb),}

ahol S, C, B’ és T a furcsaság, a báj, az alsó és a felső íz kvantumszámai. Ezek kapcsolódnak a száma furcsa, charm, alsó és felső kvarkok és antiquark szerint a kapcsolatok:

S = − ( n s − N s ) , C = + ( n c − n c ) , B ‘ = − ( n b − n b ) , T = + ( n t − n t ) , {\displaystyle {\begin{igazított}S&=-\bal(n_{\mathrm {s} }-n_{\mathrm {\bar {s}} }\jobb),\\C&=+\bal(n_ {\mathrm {C}} – n_ {\mathrm {\Bar {c}}} \ jobb), \ \ b ^ {\Prime} & = – \ bal (n_ {\mathrm {B}} – n_ {\mathrm {\bar {b}}} \ jobb), \ \ T & = + \ bal (n_ {\mathrm {t}} – n_ {\mathrm {\bar {t}}} \ jobb),\end {igazított}}}

ez azt jelenti, hogy a Gell-Mann–Nishijima képlet egyenértékű a töltés kifejezésével a kvarktartalom szempontjából:

Q = 2 3 − 1 3 . {\displaystyle Q = {\frac {2}{3}} \ left-{\frac {1}{3}}\left.}

Spin, orbitális szögmomentum és teljes szögmomentumszerkesztés

a Spin (kvantumszám S) egy vektormennyiség, amely egy részecske “belső” szögimpulzusát képviseli. Jön lépésekben 1/2 (ejtsd: “h-bar”). A “forogj 1” jelentése “forogj 1!”, mert ez a centrifugálás “fundamentális”egysége, és az” forogj 1! “jelentése” forogj 1!”. A természetes egységek egyes rendszereiben a 6-ot 1-nek választják, ezért nem jelenik meg sehol.

a kvarkok 1/2 (S = 1/2) spin fermionos részecskék. Mivel a spin-előrejelzések 1-es lépésekben változnak (azaz 1 db), egyetlen kvarknak 1/2 hosszúságú spinvektora van, és két spin-vetülete van (Sz = +1/2 és Sz = -1/2). Két kvark pörgetése igazítható, ebben az esetben a két spinvektor összeadásával egy S = 1 hosszúságú vektort és három spin vetületet kapunk (Sz = +1, Sz = 0 és Sz = -1). Ha két kvarknak nincs igazított spinje, akkor a spinvektorok összeadódnak, hogy s = 0 hosszúságú vektor legyen, és csak egy spin vetülete van (Sz = 0) stb. Mivel a barionok három kvarkból állnak, spinvektoraik összeadhatják az S = 3/2 hosszúságú vektort, amelynek négy spin-vetülete van (Sz = +3/2, Sz = +1/2, Sz = -1/2 és Sz = -3/2), vagy egy S = 1/2 hosszúságú vektor két spin-vetülettel (Sz = +1/2 és Sz = -1/2).

van egy másik mennyiségű szögimpulzus, az úgynevezett orbitális szögimpulzus (azimutális kvantumszám L), amely 1 db-os lépésekben jön létre, amelyek az egymás körül keringő kvarkok által okozott szögmomentumot képviselik. A részecske teljes szögmomentuma (teljes szögmomentum kvantumszáma J) tehát a belső szögmomentum (spin) és az orbitális szögmomentum kombinációja. Bármilyen értéket felvehet J = / L-S / – től J = / L + S / – ig, 1-es lépésekben.

a Részecskefizikusokat leginkább a barionok érdeklik orbitális szögmomentum nélkül (L = 0), mivel megfelelnek az alapállapotoknak—minimális energiájú állapotoknak. Ezért a leginkább vizsgált barionok két csoportja az S = 1/2; L = 0 és S = 3/2; L = 0, ami megfelel J = 1/2+ és J = 3/2+, bár nem csak ezek. Az is lehetséges, hogy J = 3/2+ részecskéket kapjunk S = 1/2 és L = 2, valamint S = 3/2 és L = 2. Ezt a jelenséget, hogy több részecske van ugyanabban a teljes szögimpulzus konfigurációban, degenerációnak nevezzük. Hogyan lehet megkülönböztetni ezeket a degenerált barionokat, a Barion spektroszkópia aktív kutatási területe.

ParityEdit

ha az univerzum tükröződne egy tükörben, a fizika legtöbb törvénye azonos lenne—a dolgok ugyanúgy viselkednének, függetlenül attól, hogy mit nevezünk “balnak” és mit nevezünk “jobbnak”. Ezt a tükörreflexió fogalmát “belső paritásnak” vagy egyszerűen “paritásnak” (P) nevezik. A gravitáció, az elektromágneses erő és az erős kölcsönhatás mind ugyanúgy viselkednek, függetlenül attól, hogy az univerzum tükröződik-e a tükörben, és így azt mondják, hogy megőrzi a paritást (P-szimmetria). A gyenge kölcsönhatás azonban megkülönbözteti a” bal “-ot a” jobb ” – tól, ezt a jelenséget paritás megsértésének (P-megsértésnek) nevezik.

ennek alapján, ha az egyes részecskék hullámfüggvénye (pontosabban az egyes részecsketípusok kvantummezője) egyszerre tükröződne, akkor az új hullámfunkciók tökéletesen kielégítik a fizika törvényeit (a gyenge kölcsönhatástól eltekintve). Kiderült, hogy ez nem egészen igaz: az egyenletek kielégítéséhez bizonyos típusú részecskék hullámfunkcióit meg kell szorozni -1-gyel, a tükörfordítás mellett. Az ilyen részecsketípusokról azt mondják, hogy negatív vagy páratlan paritásúak (P = -1, vagy alternatív módon P = –), míg a többi részecskéről azt mondják, hogy pozitív vagy egyenletes paritásúak (P = +1, vagy alternatív módon P = +).

barionok esetében a paritás az orbitális szögimpulzushoz kapcsolódik a relációval:

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