Baryon

Isospin i chargeEdit

kombinacje trzech kwarków u, d lub s tworzących bariony o spinie 3/2 tworzą dekuplet barionów uds

kombinacje trzech kwarków u, d lub s tworzących bariony o spinie 1/2 tworzą oktet barionowy uds

koncepcja izospin została po raz pierwszy zaproponowana przez Wernera Heisenberga w 1932 roku w celu wyjaśnienia podobieństw między protonami i neutronami w oddziaływaniu silnym. Chociaż miały one różne ładunki elektryczne, ich masy były tak podobne, że fizycy wierzyli, że są to te same cząstki. Różne ładunki elektryczne zostały wyjaśnione jako wynik nieznanego wzbudzenia podobnego do spinu. To nieznane wzbudzenie zostało później nazwane izospin przez Eugene ’ a Wignera w 1937 roku.

to przekonanie trwało do czasu, gdy Murray Gell-Mann zaproponował model kwarków w 1964 roku (zawierający pierwotnie tylko kwarki u, d i s). Sukces modelu izospin jest obecnie uważany za wynik podobnych mas kwarków u i D. Ponieważ kwarki u i d mają podobne masy, to cząstki o tej samej liczbie mają podobne masy. Dokładny skład kwarków U I d określa ładunek, ponieważ kwarki u przenoszą ładunek +2/3, podczas gdy kwarki d przenoszą ładunek -1/3. Na przykład wszystkie cztery Delty mają różne ładunki (
Δ++
(uuu),
Δ+
(UUD),
Δ0
(udd),
Δ−
(ddd)), ale mają podobne masy (~1232 MeV/C2), ponieważ każdy z nich składa się z kombinacji trzech kwarków u lub D. W modelu izospin uważano je za pojedynczą cząstkę w różnych stanach naładowania.

matematyka izospinu wzorowana była na spinie. Rzuty izospin różniły się w przyrostach co 1, podobnie jak w przypadku spinu, i do każdego rzutu był związany „stan naładowany”. Ponieważ „cząstka Delta” miała cztery „naładowane Stany”, mówiono, że jest to izospin I = 3/2. Jego „naładowane Stany”
Δ++
,
Δ+
,
Δ0
i
Δ−
odpowiadały odpowiednio projekcjom izospin I3 = +3/2, I3 = +1/2, i3 = -1/2 i I3 = -3/2. Innym przykładem jest”cząstka nukleonowa”. Ponieważ istniały dwa „naładowane Stany” nukleonów, mówiono, że jest to izospin 1/2. Dodatni nukleon
n+
(proton) zidentyfikowano z I3 = +1/2, a neutralny nukleon
N0
(neutron) z I3 = -1/2. Później zauważono, że projekcje izospin były związane z zawartością kwarków w górę i w dół cząstek relacją:

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

gdzie n to liczba kwarków górnych i dolnych oraz antykwarków.

w” obrazie izospin ” cztery delty i dwa nukleony uważano za różne stany dwóch cząstek. Jednak w modelu kwarkowym delty są różnymi stanami nukleonów(N++ lub N− są zakazane przez zasadę wykluczenia Pauli). Izospin, chociaż przekazuje niedokładny obraz rzeczy, jest nadal używany do klasyfikacji barionów, co prowadzi do nienaturalnej i często mylącej nomenklatury.

dziwność smakowa liczba kwantowa S (nie mylić ze spinem) została zauważona, aby wzrastać i spadać wraz z masą cząstek. Im większa masa, tym mniejsza dziwność (tym więcej kwarków s). Cząstki można opisać za pomocą projekcji izospin (związanych z ładunkiem) i dziwności (masa) (patrz liczby oktetu uds i dekupletu po prawej stronie). Wraz z odkryciem innych kwarków powstały nowe liczby kwantowe mające podobny opis oktetów i dekupletów udc i udb. Ponieważ tylko masa u i D są podobne, ten opis masy i ładunku cząstek pod względem izospin i liczb kwantowych smaku działa dobrze tylko dla oktetu i dekupletu zbudowanego z jednego u, jednego D i jednego innego kwarka i rozkłada się dla innych oktetów i dekupletów (na przykład oktet ucb i dekuplet). Gdyby wszystkie kwarki miały taką samą masę, ich zachowanie byłoby nazywane symetrycznym, ponieważ wszystkie zachowywałyby się w ten sam sposób dla oddziaływań silnych. Ponieważ kwarki nie mają tej samej masy, nie oddziałują w ten sam sposób (dokładnie tak, jak elektron umieszczony w polu elektrycznym przyspiesza bardziej niż proton umieszczony w tym samym polu z powodu swojej lżejszej masy), a symetria jest uważana za złamaną.

zauważono, że ładunek (Q) jest związany z projekcją izospin (I3), liczbą barionową (B) i liczbami kwantowymi (S, C, B’, T) według wzoru Gell-Manna-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 \ right),}

gdzie S, C, B ’ I T reprezentują odpowiednio dziwność, urok, dno i szczytowość. Są one związane z liczbą kwarków dziwnych, powabnych, dolnych i górnych oraz antykwarków według relacji:

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_{\100000000000000000000000000000000000}}}

co oznacza, że wzór Gell-Manna-Nishijima jest równoważny wyrażeniu ładunku pod względem zawartości kwarków:

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

Spin, orbitalny moment pędu i całkowity moment kątowyedit

Spin (liczba kwantowa S) jest wielkością wektorową, która reprezentuje „wewnętrzny” moment pędu cząstki. Występuje w przyrostach co 1/2 (wymawiane „H-bar”). Ħ jest często odrzucane, ponieważ jest „podstawową” jednostką spinu i sugeruje się, że „spin 1” oznacza „spin 1 ħ”. W niektórych systemach jednostek naturalnych współczynnik ten jest wybierany jako 1, dlatego nigdzie nie występuje.

kwarki są cząstkami fermionowymi o spinie 1/2 (S = 1/2). Ponieważ rzuty spinu różnią się przyrostami o 1 (czyli 1/2), pojedynczy kwark ma wektor spinu o długości 1/2 i ma dwa rzuty spinu (sz = +1/2 i Sz = -1/2). Dwa kwarki mogą mieć swoje spiny wyrównane, w którym to przypadku dwa wektory spinu dodają się, aby uzyskać wektor długości S = 1 i trzy rzuty spinu (Sz = +1, sz = 0 i Sz = -1). Jeśli dwa kwarki mają niespójne spiny, to wektory spinu sumują się, tworząc wektor o długości s = 0 i ma tylko jeden rzut spinu (Sz = 0), itd. Ponieważ bariony zbudowane są z trzech kwarków, ich wektory spinu można dodać do wektora o długości S = 3/2, który ma cztery rzuty spinu (Sz = +3/2, Sz = +1/2, sz = -1/2 i Sz = -3/2), lub wektora o długości S = 1/2 z dwoma rzutami spinu (sz = +1/2 i Sz = -1/2).

istnieje inna ilość momentu kątowego, zwana orbitalnym momentem kątowym (azymutalna liczba kwantowa L), która przychodzi w przyrostach o 100%, które reprezentują moment kątowy spowodowany orbitowaniem kwarków wokół siebie. Całkowity moment pędu (całkowita liczba kwantowa momentu pędu J) cząstki jest zatem połączeniem wewnętrznego momentu pędu (spinu)i orbitalnego momentu pędu. Może przyjmować dowolną wartość z J = | L − S |Do J = | L + S/, w krokach co 1.

fizycy cząstek elementarnych najbardziej interesują się barionami bez orbitalnego momentu pędu (L = 0), gdyż odpowiadają one stanom ziemi-stanom energii minimalnej. Dlatego dwie grupy barionów najczęściej badane to S = 1/2; L = 0 I S = 3/2; L=0, co odpowiada odpowiednio J = 1/2+ I J = 3/2+, chociaż nie są one jedynymi. Możliwe jest również otrzymanie J = 3/2+ cząstek z S = 1/2 i L = 2, a także S = 3/2 i L = 2. Zjawisko posiadania wielu cząstek w tej samej całkowitej konfiguracji momentu pędu nazywa się degeneracją. Jak odróżnić te zdegenerowane bariony jest aktywnym obszarem badań w spektroskopii barionowej.

Parzystośćedytuj

gdyby wszechświat został odbity w lustrze, większość praw fizyki byłaby identyczna—rzeczy zachowywałyby się tak samo, niezależnie od tego, co nazywamy „lewym” i tym, co nazywamy „prawym”. To pojęcie odbicia lustrzanego nazywa się „wewnętrzną parzystością” lub po prostu „parzystością” (P). Grawitacja, siła elektromagnetyczna i silne oddziaływanie zachowują się w ten sam sposób, niezależnie od tego, czy wszechświat odbija się w lustrze, a zatem mówi się, że zachowuje parzystość (symetrię P). Jednak słaba interakcja odróżnia ” lewo „od” prawo”, zjawisko zwane naruszeniem parzystości (P-violation).

opierając się na tym, gdyby funkcja falowa dla każdej cząstki (dokładniej mówiąc, pole kwantowe dla każdego typu cząstki) była jednocześnie odwrócona zwierciadłem, to nowy zestaw funkcji falowych idealnie spełniałby prawa fizyki (oprócz słabej interakcji). Okazuje się, że nie jest to do końca prawda: aby równania były spełnione, funkcje falowe niektórych typów cząstek muszą być pomnożone przez -1, oprócz tego, że są lustrzane. Mówi się, że takie typy cząstek mają ujemną lub nieparzystą parzystość (P = -1, lub alternatywnie P=–), podczas gdy inne cząstki mają dodatnią lub parzystą parzystość (P = +1, lub alternatywnie P = +).

dla barionów parzystość jest związana z orbitalnym momentem pędu przez zależność:

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