Baryon

Isospin och laddningredigera

kombinationer av tre u -, d-eller s-kvarkar som bildar baryoner med en spin-3/2 bildar uds baryon decuplet

kombinationer av tre u -, d-eller s-kvarkar som bildar baryoner med en snurr-1/2 bildar uds baryonoktetten

begreppet isospin föreslogs först av Werner Heisenberg 1932 för att förklara likheterna mellan protoner och neutroner under den starka interaktionen. Även om de hade olika elektriska laddningar var deras massor så lika att fysiker trodde att de var samma partikel. De olika elektriska laddningarna förklarades som resultatet av någon okänd excitation som liknar spin. Denna okända excitation kallades senare isospin av Eugene Wigner 1937.

denna tro varade tills Murray Gell-Mann föreslog kvarkmodellen 1964 (innehåller ursprungligen endast u, d och s kvarkar). Isospin-modellens framgång förstås nu vara resultatet av liknande massor av U-och d-kvarkar. Eftersom U-och d-kvarkar har liknande massor, har partiklar gjorda av samma antal också liknande massor. Den exakta specifika U-och d-kvarkkompositionen bestämmer laddningen, eftersom u-kvarkar bär laddning + 2/3 medan d-kvarkar bär laddning -1/3. Till exempel har de fyra Deltorna alla olika laddningar (
2C++
(uuu),
8C+
(uud),
0C
(udd),
7337 > (DDD)), men har liknande massor (~1232 MeV/c2) eftersom de var och en är gjorda av en kombination av tre U−eller d-kvarkar. Under isospin-modellen ansågs de vara en enda partikel i olika laddade tillstånd.

matematiken i isospin modellerades efter spin. Isospin-projektioner varierade i steg om 1 precis som de för spin, och till varje projektion var associerat ett ”laddat tillstånd”. Eftersom ” Deltapartikeln ”hade fyra” laddade tillstånd”, sägs det vara av isospin i = 3/2. Dess ”laddade tillstånd”
Bisexuell++
,
exporterande tillverkare+
,
Milliseksuell0
och
Milliseksuell−
, motsvarade isospinprojektionerna I3 = +3/2, I3 = +1/2, I3 = -1/2 respektive i3 = -3/2. Ett annat exempel är ”nukleonpartikeln”. Eftersom det fanns två nukleon ”laddade tillstånd”, sades det vara av isospin 1/2. Den positiva nukleonen
N +
(proton) identifierades med I3 = +1/2 och den neutrala nukleonen
N0
(neutron) med i3 = -1/2. Det noterades senare att isospinprojektionerna var relaterade till partiklarnas upp och ner kvarkinnehåll av förhållandet:

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

där n är antalet upp och ner kvarkar och antikvarkar.

i ”isospin-bilden” ansågs de fyra Deltorna och de två nukleonerna vara de olika tillstånden för två partiklar. Men i kvarkmodellen är Deltor olika tillstånd av nukleoner (N++ eller N− är förbjudna av Paulis uteslutningsprincip). Isospin, även om det förmedlar en felaktig bild av saker, används fortfarande för att klassificera baryoner, vilket leder till onaturlig och ofta förvirrande nomenklatur.

smak quantum numbersEdit

det märkliga smakkvantumtalet S (inte att förväxla med spinn) märktes gå upp och ner tillsammans med partikelmassa. Ju högre massa, desto lägre konstighet (ju fler kvarkar). Partiklar kan beskrivas med isospinprojektioner (relaterade till laddning) och konstighet (massa) (se UDS-oktetten och decuplet-figurerna till höger). När andra kvarkar upptäcktes gjordes nya kvantnummer för att ha liknande beskrivning av UDC-och udb-oktetter och decuplets. Eftersom endast U-och d-massan är likartade, fungerar denna beskrivning av partikelmassa och laddning i termer av isospin och smakkvantumtal bara bra för oktett och decuplet gjord av en u, en d och en annan kvark och bryts ner för de andra oktetterna och decupletterna (till exempel ucb-oktett och decuplet). Om kvarkarna alla hade samma massa, skulle deras beteende kallas symmetriskt, eftersom de alla skulle bete sig på samma sätt som den starka interaktionen. Eftersom kvarkar inte har samma massa interagerar de inte på samma sätt (precis som en elektron placerad i ett elektriskt fält kommer att accelerera mer än en proton placerad i samma fält på grund av dess lättare massa), och symmetrin sägs vara trasig.

det noterades att laddning (Q) var relaterad till isospinprojektionen (I3), baryontalet (B) och smakkvantumtal (S, C, B’, T) med Gell–Mann-Nishijima-formeln:

Q = i 3 + 1 2 (B + S + C + B ’+ T ), {\displaystyle Q=i_{3} + {\frac {1}{2}} \ vänster(B + S + C + B^{\prime } + T \ höger),}

där S, C, B’, och T representerar strangeness, charm, botten och topness smak quantum tal, respektive. De är relaterade till antalet konstiga, charm, botten, och toppkvarkar och antikvark enligt relationerna:

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}}} \ höger), \ \ b ^ {\Prime} & = – \ vänster (n_ {\mathrm {B}} – n_ {\mathrm {\bar {b}}} \ höger), \ \ t & = + \ vänster (n_ {\mathrm {t}} – n_ {\mathrm {\bar {t}}} \ höger),\end {aligned}}}

vilket innebär att Gell–Mann-Nishijima-formeln motsvarar uttrycket av laddning när det gäller kvarkinnehåll:

Q = 2 3 − 1 3 . {\displaystyle Q = {\frac {2}{3}} \ vänster – {\frac {1}{3}}\vänster.}

Spin, orbital vinkelmoment och total vinkelmomentumedit

spinn (kvantnummer S) är en vektorkvantitet som representerar den ”inneboende” vinkelmomentet hos en partikel. Den kommer i steg om 1/2 msk (uttalas ”h-bar”). Det är ofta tappas eftersom det är den” grundläggande ”enheten för spin, och det är underförstått att” spin 1 ”betyder”spin 1 Ukrainian”. I vissa system av naturliga enheter väljs att vara 1, och visas därför inte någonstans.

kvarkar är fermioniska partiklar av spinn 1/2 (S = 1/2). Eftersom centrifugeringsprojektioner varierar i steg om 1 (det vill säga 1 kcal) har en enda kvark en snurrvektor med längd 1/2 och har två snurrprojektioner (Sz = +1/2 och Sz = -1/2). Två kvarkar kan ha sina snurr inriktade, i vilket fall de två snurrvektorerna lägger till för att göra en vektor med längd S = 1 och tre snurrprojektioner (Sz = +1, Sz = 0 och Sz = -1). Om två kvarkar har ojusterade snurr lägger spinnvektorerna till en vektor med längd S = 0 och har bara en snurrprojektion (Sz = 0), etc. Eftersom baryoner är gjorda av tre kvarkar kan deras spinnvektorer lägga till för att göra en vektor med längd S = 3/2, som har fyra snurrprojektioner (Sz = +3/2, Sz = +1/2, Sz = -1/2 och Sz = -3/2), eller en vektor med längd S = 1/2 med två snurrprojektioner (Sz = +1/2 och Sz = -1/2).

det finns en annan mängd vinkelmoment, kallad orbital vinkelmoment (azimuthal quantum number L), som kommer i steg om 1 kg, vilket representerar vinkelmomentet på grund av kvarkar som kretsar runt varandra. Den totala vinkelmomentet (total vinkelmoment kvantnummer J) för en partikel är därför kombinationen av inneboende vinkelmoment (spinn) och orbital vinkelmoment. Det kan ta något värde från J = / L-S |till J = | L + S/, i steg om 1.

partikelfysiker är mest intresserade av baryoner utan orbital vinkelmoment (L = 0), eftersom de motsvarar marktillstånd—tillstånd med minimal energi. Därför är de två grupperna av baryoner som är mest studerade S = 1/2; L = 0 och S = 3/2; L = 0, vilket motsvarar J = 1/2+ respektive J = 3/2+, även om de inte är de enda. Det är också möjligt att erhålla J = 3/2+ partiklar från S = 1/2 och L = 2, såväl som S = 3/2 och L = 2. Detta fenomen att ha flera partiklar i samma totala vinkelmomentkonfiguration kallas degenerering. Hur man skiljer mellan dessa degenererade baryoner är ett aktivt forskningsområde inom baryonspektroskopi.

ParityEdit

om universum återspeglades i en spegel skulle de flesta fysiklagarna vara identiska—saker skulle bete sig på samma sätt oavsett vad vi kallar ”vänster” och vad vi kallar ”rätt”. Detta begrepp av spegelreflektion kallas ” inneboende paritet ”eller helt enkelt” paritet ” (P). Gravitation, den elektromagnetiska kraften och den starka interaktionen uppträder alla på samma sätt oavsett om universum reflekteras i en spegel eller inte, och sägs därmed bevara paritet (P-symmetri). Den svaga interaktionen skiljer emellertid ”vänster” från ”höger”, ett fenomen som kallas paritetsbrott (p-överträdelse).

baserat på detta, om vågfunktionen för varje partikel (i mer exakta termer, kvantfältet för varje partikeltyp) samtidigt spegelvändes, skulle den nya uppsättningen vågfunktioner helt uppfylla fysikens lagar (bortsett från den svaga interaktionen). Det visar sig att detta inte är riktigt sant: för att ekvationerna ska vara nöjda måste vågfunktionerna för vissa typer av partiklar multipliceras med -1, förutom att de är spegelvända. Sådana partikeltyper sägs ha negativ eller udda paritet (P = -1 eller alternativt P=–), medan de andra partiklarna sägs ha positiv eller jämn paritet (P = +1 eller alternativt P = +).

för baryoner är pariteten relaterad till orbital vinkelmoment av förhållandet:

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