Baryon

Isospin și chargeEdit

combinații de trei cuarci u, d sau s formând barioni cu un spin-3/2 formează decupletul Barion uds

combinații de trei U, D sau s quarci formând barioni cu un spin-1/2 formează octetul Barion uds

conceptul de izospin a fost propus pentru prima dată de Werner Heisenberg în 1932 pentru a explica asemănările dintre protoni și neutroni sub interacțiunea puternică. Deși aveau sarcini electrice diferite, masele lor erau atât de asemănătoare încât fizicienii credeau că sunt aceeași particulă. Diferitele sarcini electrice au fost explicate ca fiind rezultatul unor excitații necunoscute similare cu spinul. Această excitație necunoscută a fost denumită ulterior isospin de Eugene Wigner în 1937.

această credință a durat până când Murray Gell-Mann a propus modelul quark în 1964 (conținând inițial doar quarcii u, d și s). Succesul modelului isospin este acum înțeles a fi rezultatul maselor similare de cuarci u și D. Deoarece quarcurile u și d au mase similare, particulele formate din același număr au, de asemenea, mase similare. Compoziția specifică exactă a quark-ului u și d determină sarcina, deoarece quark-urile u poartă sarcina +2/3 în timp ce quark-urile d poartă sarcina -1/3. De exemplu, cele patru Delte au toate încărcături diferite (
Irak++
(uuu),
Yahoo+
(uud),
Xq70
(udd),
XQQ−
(ddd)), dar au mase similare (~1.232 Mev/c2), deoarece fiecare este alcătuit dintr-o combinație de trei quarci u sau D. Conform modelului izospin, acestea au fost considerate a fi o singură particulă în diferite stări încărcate.

matematica lui izospin a fost modelată după cea a spinului. Proiecțiile izospinului au variat în trepte de 1 la fel ca cele ale spinului și la fiecare proiecție a fost asociată o „stare încărcată”. Deoarece ” particula Delta „avea patru” stări încărcate”, s-a spus că este de izospin I = 3/2. „Stările încărcate” ale acestuia
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
, au corespuns proiecțiilor izospin I3 = +3/2, I3 = +1/2, I3 = -1/2, respectiv I3 = -3/2. Un alt exemplu este „particula nucleonică”. Deoarece au existat două „stări încărcate” de nucleoni, s-a spus că este de izospin 1/2. Nucleonul pozitiv
N +
(proton) a fost identificat cu i3 = +1/2 și nucleonul neutru
N0
(neutron) cu I3 = -1/2. S-a observat mai târziu că proiecțiile izospinului au fost legate de conținutul de quark în sus și în jos al particulelor prin relația:

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

unde n-urile sunt numărul de quarci în sus și în jos și antiquarci.

în „imaginea isospin”, cele patru delte și cei doi nucleoni au fost considerate a fi stările diferite ale două particule. Cu toate acestea, în modelul quark, deltele sunt stări diferite ale nucleonilor (N++ sau N− sunt interzise de principiul excluderii lui Pauli). Isospin, deși transmite o imagine inexactă a lucrurilor, este încă folosit pentru a clasifica barionii, ducând la o nomenclatură nenaturală și adesea confuză.

arome numere cuanticeedit

numărul cuantic de aromă de ciudățenie s (a nu se confunda cu spinul) a fost observat că merge în sus și în jos împreună cu masa particulelor. Cu cât masa este mai mare, cu atât este mai mică ciudățenia (cu cât sunt mai multe quark-uri). Particulele ar putea fi descrise cu proiecții de izospin (legate de încărcare) și ciudățenie (masă) (vezi cifrele uds octet și decuplet din dreapta). Pe măsură ce au fost descoperiți alți quarci, au fost făcute noi numere cuantice pentru a avea o descriere similară a octeților și decupletelor udc și udb. Deoarece numai masa u și d sunt similare, această descriere a masei și încărcării particulelor în termeni de izospin și numere cuantice de aromă funcționează bine numai pentru octet și decuplet format dintr-un u, un d și un alt quark și se descompune pentru ceilalți octeți și decupleți (de exemplu, octet ucb și decuplet). Dacă toți quarcii ar avea aceeași masă, comportamentul lor ar fi numit simetric, deoarece toți s-ar comporta în același mod cu interacțiunea puternică. Deoarece quarcii nu au aceeași masă, ei nu interacționează în același mod (exact ca un electron plasat într-un câmp electric va accelera mai mult decât un proton plasat în același câmp din cauza masei sale mai ușoare) și se spune că simetria este ruptă.

s-a observat că sarcina (Q) a fost legată de proiecția izospinului (I3), numărul barionului (B) și numerele cuantice ale aromei (S, C, B’, T) prin formula Gell-Mann–Nishijima:

Q = I 3 + 1 2 (B + S + C + B ‘+ T ) , {\displaystyle Q=i_{3}+{\frac {1}{2}}\stânga (B + S+C + B^{\prim } + t \ dreapta),}

unde S, C, B’, și T reprezintă ciudățenia, farmecul, fundul și aroma de top numere cuantice, respectiv. Acestea sunt legate de numărul de quarcuri ciudate, farmec, fund și top și antiquark în funcție de relații:

S = − ( n s − N s ) , C = + ( n c − N c ) , B ‘ = − ( n b − n b ) , T = + ( n t − n t ) , {\displaystyle {\begin{aliniat}s&=-\stânga(n_{\mathrm {s} }-n_{\mathrm {\bar {s}} }\dreapta),\\C&=+\stânga(n_{\mathrm {c} }-n_{\mathrm {\bar {c}} }\dreapta),\\b^{\prime }&=-\stânga(N_{\mathrm {\bar {b}}}- n_ {\mathrm {\bar {b}}}\dreapta),\\t&=+\stânga(n_ {\mathrm {t}}- n_ {\mathrm {\bar{T}}}\dreapta), \ end {aliniat}}}

ceea ce înseamnă că formula Gell-Mann–Nishijima este echivalentă cu expresia sarcinii în ceea ce privește conținutul de quark:

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

Spin, moment unghiular orbital și moment unghiular totaledit

Spin (număr cuantic S) este o cantitate vectorială care reprezintă impulsul unghiular „intrinsec” al unei particule. Ea vine în trepte de 1/2 din X (pronunțat „h-bar”). De cele mai multe ori se renunță la cifra de afaceri pentru că este unitatea „fundamentală” a rotației și se presupune că „cifra de afaceri 1” înseamnă „cifra de afaceri 1 cifra de afaceri”. În unele sisteme de unități naturale, numărul 1 este ales ca fiind 1 și, prin urmare, nu apare nicăieri.

quarcii sunt particule fermionice de spin 1/2 (s = 1/2). Deoarece proiecțiile de centrifugare variază în trepte de 1 (adică 1 hectar), un singur quark are un vector de centrifugare de lungime 1/2 și are două proiecții de centrifugare (sz = +1/2 și sz = -1/2). Doi quarci pot avea rotirile aliniate, caz în care cei doi vectori de spin se adaugă pentru a face un vector de lungime s = 1 și trei proiecții de spin (SZ = +1, sz = 0 și sz = -1). Dacă doi quarci au rotiri nealiniate, vectorii de spin se adună pentru a face un vector de lungime s = 0 și are o singură proiecție de spin (sz = 0) etc. Deoarece barionii sunt compuși din trei quarci, vectorii lor de spin pot adăuga pentru a face un vector de lungime s = 3/2, care are patru proiecții de spin (sz = +3/2, sz = +1/2, sz = -1/2 și sz = -3/2) sau un vector de lungime s = 1/2 cu două proiecții de spin (sz = +1/2 și sz = -1/2).

există o altă cantitate de moment unghiular, numită momentul unghiular orbital (numărul cuantic azimutal L), care vine în trepte de 1 centimtru, care reprezintă momentul unghiular datorat cuarcilor care orbitează unul în jurul celuilalt. Impulsul unghiular total (numărul cuantic al momentului unghiular Total J) al unei particule este, prin urmare, combinația dintre impulsul unghiular intrinsec (spin) și impulsul unghiular orbital. Poate lua orice valoare de la J = | L − S |la J = | L + S/, în trepte de 1.

fizicienii particulelor sunt cei mai interesați de barioni fără moment unghiular orbital (l = 0), deoarece acestea corespund stărilor de bază—stări de energie minimă. Prin urmare, cele două grupuri de barioni cele mai studiate sunt S = 1/2; l = 0 și S = 3/2; l = 0, care corespunde J = 1/2+ și J = 3/2+, respectiv, deși nu sunt singurele. De asemenea, este posibil să se obțină particule J = 3/2+ din s = 1/2 și L = 2, precum și S = 3/2 și l = 2. Acest fenomen de a avea mai multe particule în aceeași configurație totală a momentului unghiular se numește degenerare. Cum se face distincția între acești barioni degenerați este un domeniu activ de cercetare în spectroscopia barionică.

Paritateedit

dacă universul ar fi reflectat într—o oglindă, majoritatea legilor fizicii ar fi identice-lucrurile s-ar comporta la fel indiferent de ceea ce numim „stânga” și ceea ce numim „dreapta”. Acest concept de reflecție în oglindă se numește ” paritate intrinsecă „sau pur și simplu” paritate ” (P). Gravitația, forța electromagnetică și interacțiunea puternică se comportă în același mod, indiferent dacă universul este sau nu reflectat într-o oglindă și, prin urmare, se spune că păstrează paritatea (p-simetrie). Cu toate acestea, interacțiunea slabă distinge „stânga” de „dreapta”, fenomen numit încălcarea parității (p-încălcare).

pe baza acestui fapt, dacă funcția de undă pentru fiecare particulă (în termeni mai exacți, câmpul cuantic pentru fiecare tip de particulă) ar fi simultan inversată în oglindă, atunci noul set de funcții de undă ar satisface perfect legile fizicii (în afară de interacțiunea slabă). Se pare că acest lucru nu este adevărat: pentru ca ecuațiile să fie satisfăcute, funcțiile de undă ale anumitor tipuri de particule trebuie înmulțite cu -1, pe lângă faptul că sunt inversate în oglindă. Se spune că astfel de tipuri de particule au paritate negativă sau impară (P = -1, sau alternativ P = –), în timp ce se spune că celelalte particule au paritate pozitivă sau chiar (P = +1, sau alternativ P = +).

pentru barioni, paritatea este legată de impulsul unghiular orbital prin relația:

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