Barionico

Isospin e chargeEdit

tre Combinazioni di u, d o s i quark formano barioni con uno spin-3/2 forma uds barionico decuplet

tre Combinazioni di u, d o s i quark formano barioni con uno spin-1/2 modulo uds barionico ottetto

Il concetto di isospin è stato proposto per primo da Werner Heisenberg nel 1932 per spiegare le somiglianze tra protoni e neutroni sotto l’interazione forte. Sebbene avessero cariche elettriche diverse, le loro masse erano così simili che i fisici credevano che fossero la stessa particella. Le diverse cariche elettriche sono state spiegate come il risultato di un’eccitazione sconosciuta simile allo spin. Questa eccitazione sconosciuta fu in seguito soprannominata isospin da Eugene Wigner nel 1937.

Questa convinzione durò fino a quando Murray Gell-Mann propose il modello di quark nel 1964 (contenente originariamente solo i quark u, d e s). Il successo del modello isospin è ora inteso come il risultato delle masse simili di quark u e D. Poiché i quark u e d hanno masse simili, anche le particelle dello stesso numero hanno masse simili. L’esatta composizione specifica dei quark u e d determina la carica, poiché i quark u portano carica + 2/3 mentre i quark d portano carica -1 / 3. Ad esempio, i quattro Delta hanno tutti cariche diverse (
Δ++
(uuu),
Δ+
(uud),
Δ0
(udd),
Δ−
(ddd)), ma hanno masse simili (~1.232 MeV/c2) in quanto sono composti ciascuno da una combinazione di tre quark u o D. Sotto il modello isospin, sono stati considerati una singola particella in diversi stati di carica.

La matematica di isospin è stata modellata su quella di spin. Le proiezioni di Isospin variavano in incrementi di 1 proprio come quelle di spin, e ad ogni proiezione era associato uno “stato di carica”. Poiché la “particella Delta” aveva quattro “stati carichi”, si diceva che fosse di isospin I = 3/2. I suoi “stati caricati”
Δ++
,
Δ+
,
Δ0
e
Δ−
, corrispondevano alle proiezioni di isospin I3 = +3/2, I3 = +1/2, I3 = -1/2 e I3 = -3/2, rispettivamente. Un altro esempio è la “particella nucleone”. Poiché c’erano due “stati carichi” di nucleone, si diceva che fosse di isospin 1/2. Il nucleone positivo
N+
(protone) è stato identificato con I3 = +1/2 e il nucleone neutro
N0
(neutrone) con I3 = -1/2. Successivamente è stato osservato che l’isospin le proiezioni relative al in su e in giù quark contenuto di particelle dalla relazione:

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

dove n sono il numero di su e giù per i quark e gli antiquark).

Nel “quadro isospin”, si pensava che i quattro Delta e i due nucleoni fossero i diversi stati di due particelle. Tuttavia, nel modello di quark, i delta sono diversi stati di nucleoni (N++ o N− sono proibiti dal principio di esclusione di Pauli). Isospin, sebbene trasmetta un’immagine imprecisa delle cose, è ancora usato per classificare i barioni, portando a una nomenclatura innaturale e spesso confusa.

Flavour quantum Numbersmodifica

La stranezza sapore numero quantico S (da non confondere con spin) è stato notato per andare su e giù con la massa di particelle. Maggiore è la massa, minore è la stranezza (più s quark). Le particelle potrebbero essere descritte con proiezioni di isospin (relative alla carica) e stranezza (massa) (vedere le figure di ottetto e decuplet uds a destra). Come altri quark sono stati scoperti, nuovi numeri quantici sono stati fatti per avere una descrizione simile di ottetti e decuplet udc e udb. Poiché solo la massa u e d sono simili, questa descrizione della massa e della carica delle particelle in termini di numeri quantici isospin e flavour funziona bene solo per ottetti e decuplet costituiti da un u, un d e un altro quark, e si rompe per gli altri ottetti e decuplet (ad esempio, ottetto ucb e decuplet). Se i quark avessero tutti la stessa massa, il loro comportamento sarebbe chiamato simmetrico, poiché si comporterebbero tutti allo stesso modo dell’interazione forte. Poiché i quark non hanno la stessa massa, non interagiscono nello stesso modo (esattamente come un elettrone posto in un campo elettrico accelererà più di un protone posto nello stesso campo a causa della sua massa più leggera), e la simmetria si dice che sia rotta.

È stato notato che la carica (Q) era correlata alla proiezione di isospin (I3), al numero barionico (B) e ai numeri quantici di sapore (S, C, B’, T) dalla formula di Gell-Mann-Nishijima:

Q = I 3 + 1 2 ( B + S + C + B ‘ + T) {\displaystyle Q=I_{3}+{\frac {1}{2}}\left(B+S+C+B^{\prime }+T\a destra),}

dove S, C, B’, e T rappresentano la stranezza, fascino, bottomness e topness sapore numeri quantici, rispettivamente. Sono legati al numero di quark strani, charm, bottom e top e antiquark secondo le relazioni:

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}} }\right),\\C&=+\left(n_{\mathrm {c} }-n_{\mathrm {\bar {c}} }\right),\\B^{\prime }&=-\left(n_{\mathrm {b} }-n_{\mathrm {\bar {b}} }\right),\\T&=+\left(n_{\mathrm {t} }-n_{\mathrm {\bar {t}} }\right),\end{aligned}}}

il che significa che il Gell-Mann–Nishijima formula è equivalente all’espressione del costo in termini di quark contenuto:

Q = 2 3 − 1 3 . {\displaystyle Q={\frac {2}{3}}\left-{\frac {1}{3}} \ left. Il nostro sito utilizza cookie tecnici e di terze parti per migliorare la tua esperienza di navigazione.}

Spin, momento angolare orbitale e momento angolare totalemodifica

Spin (numero quantico S) è una quantità vettoriale che rappresenta il momento angolare “intrinseco” di una particella. Viene fornito con incrementi di 1/2 ħ (pronunciato “h-bar”). Il ħ è spesso caduto perché è l’unità “fondamentale” di rotazione, ed è implicito che “rotazione 1” significa “rotazione 1 ħ”. In alcuni sistemi di unità naturali, ħ è scelto per essere 1, e quindi non appare da nessuna parte.

I quark sono particelle fermioniche di spin 1/2 (S = 1/2). Poiché le proiezioni di spin variano in incrementi di 1 (cioè 1 ħ), un singolo quark ha un vettore di spin di lunghezza 1/2 e ha due proiezioni di spin (Sz = +1/2 e Sz = -1/2). Due quark possono avere i loro spin allineati, nel qual caso i due vettori di spin si aggiungono per creare un vettore di lunghezza S = 1 e tre proiezioni di spin (Sz = +1, Sz = 0 e Sz = -1). Se due quark hanno spin non allineati, i vettori di spin si sommano per creare un vettore di lunghezza S = 0 e ha solo una proiezione di spin (Sz = 0), ecc. Poiché i barioni sono fatti di tre quark, i loro vettori di spin possono aggiungere per creare un vettore di lunghezza S = 3/2, che ha quattro proiezioni di spin (Sz = +3/2, Sz = +1/2, Sz = -1/2 e Sz = -3/2), o un vettore di lunghezza S = 1/2 con due proiezioni di spin (Sz = +1/2 e Sz = -1/2).

Esiste un’altra quantità di momento angolare, chiamata momento angolare orbitale (numero quantico azimutale L), che viene fornito con incrementi di 1 ħ, che rappresentano il momento angolare dovuto ai quark che orbitano l’uno attorno all’altro. Il momento angolare totale (numero quantico del momento angolare totale J) di una particella è quindi la combinazione di momento angolare intrinseco (spin) e momento angolare orbitale. Può assumere qualsiasi valore da J = | L − S |a J = | L + S/, con incrementi di 1.

i fisici delle Particelle sono più interessati a barioni senza momento angolare orbitale (L = 0), in quanto corrispondono a stati di terra—stati di energia minima. Pertanto, i due gruppi di barioni più studiati sono S = 1/2; L = 0 e S = 3/2; L = 0, che corrisponde a J = 1/2+ e J = 3/2+, rispettivamente, sebbene non siano gli unici. È anche possibile ottenere J = 3/2+ particelle da S = 1/2 e L = 2, così come S = 3/2 e L = 2. Questo fenomeno di avere più particelle nella stessa configurazione del momento angolare totale è chiamato degenerazione. Come distinguere tra questi barioni degenerati è un’area attiva di ricerca nella spettroscopia barionica.

ParityEdit

Se l’universo fosse riflesso in uno specchio, la maggior parte delle leggi della fisica sarebbe identica—le cose si comporterebbero allo stesso modo indipendentemente da ciò che chiamiamo “sinistra” e da ciò che chiamiamo “destra”. Questo concetto di riflessione speculare è chiamato ” parità intrinseca “o semplicemente” parità ” (P). La gravità, la forza elettromagnetica e la forte interazione si comportano tutti allo stesso modo indipendentemente dal fatto che l’universo sia riflesso o meno in uno specchio, e quindi si dice che conservi la parità (P-simmetria). Tuttavia, l’interazione debole distingue ” sinistra “da” destra”, un fenomeno chiamato violazione di parità (P-violazione).

Sulla base di ciò, se la funzione d’onda per ogni particella (in termini più precisi, il campo quantistico per ogni tipo di particella) fosse simultaneamente invertita a specchio, allora il nuovo set di funzioni d’onda soddisferebbe perfettamente le leggi della fisica (a parte l’interazione debole). Si scopre che questo non è del tutto vero: affinché le equazioni siano soddisfatte, le funzioni d’onda di alcuni tipi di particelle devono essere moltiplicate per -1, oltre ad essere invertite a specchio. Si dice che tali tipi di particelle abbiano parità negativa o dispari (P = -1, o in alternativa P = –), mentre le altre particelle hanno parità positiva o pari (P = +1, o in alternativa P = +).

Per i barioni, la parità è correlata al momento angolare orbitale dalla relazione:

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