Hadron - Hadron

Como os hadrons se encaixam nas duas outras classes de partículas subatômicas , bósons e férmions

Em física de partículas , um hádron / h Æ d r ɒ n / ( escutar )Sobre este som ( do grego clássico : ἁδρός , romanizadohadrós ; "stout, grossas") é uma partícula subatômica compósito feito de dois ou mais quark mantidos juntos pela forte interação . Eles são análogos às moléculas que são mantidas juntas pela força elétrica . A maior parte da massa da matéria comum vem de dois hádrons: o próton e onêutron , enquanto a maior parte da massa dos prótons e nêutrons é, por sua vez, devido à energia de ligação de seus quarks constituintes, devido à força forte.

Os hadrons são categorizados em duas famílias amplas: bárions , feitos de um número ímpar de quarks (geralmente três quarks) e mésons , feitos de um número par de quarks (geralmente dois quarks: um quark e um antiquark ). Prótons e nêutrons (que constituem a maior parte da massa de um átomo ) são exemplos de bárions; píons são um exemplo de um méson. Hádrons "exóticos" , contendo mais de três quarks de valência, foram descobertos nos últimos anos. Um estado tetraquark (um méson exótico ), denominado Z (4430) - , foi descoberto em 2007 pela Colaboração Belle e confirmado como uma ressonância em 2014 pela colaboração LHCb . Dois estados pentaquark ( bárions exóticos ), chamados P+
c
(4380)
e P+
c
(4450)
, foram descobertos em 2015 pela colaboração do LHCb . Existem vários candidatos hádrons mais exóticos e outras combinações de quark de cor-singlete que também podem existir.

Quase todos os hádrons e antiádrons "livres" (ou seja, isolados e não ligados a um núcleo atômico ) são considerados instáveis e eventualmente decaem (se dividem) em outras partículas. A única exceção conhecida (possível) são os prótons livres, que parecem estar estáveis ou, pelo menos, levam imenso tempo para decair (na ordem de 10 a 34  anos ou mais). A título de comparação, os nêutrons livres são as partículas instáveis ​​de vida mais longa e decaem com meia-vida de cerca de 611 segundos. Prótons e nêutrons "ligados", contidos em um núcleo atômico , são geralmente considerados estáveis. Experimentalmente, a física hadron é estudada colidindo prótons ou núcleos de elementos densos e pesados , como chumbo ou ouro, e detectando os detritos nas chuvas de partículas produzidas. Processo idêntico ocorre no ambiente natural, na extrema alta atmosfera, onde mésons como píons e múons - léptons que ingenuamente parecem quase idênticos - são produzidos pelas colisões de raios cósmicos com partículas rarefeitas de gás na atmosfera externa.

Terminologia e etimologia

O termo "hadron" é uma nova palavra grega introduzida por LB Okun e em uma palestra plenária na Conferência Internacional de Física de Altas Energias de 1962 no CERN . Ele iniciou sua palestra com a definição de um novo termo de categoria:

Não obstante o fato de que este relatório lida com interações fracas, freqüentemente teremos que falar de partículas que interagem fortemente. Essas partículas apresentam não apenas numerosos problemas científicos, mas também um problema terminológico. A questão é que " partículas em interação forte " é um termo muito desajeitado que não se entrega à formação de um adjetivo. Por essa razão, para tomar apenas um exemplo, os decaimentos em partículas de interação forte são chamados de "não leptônicos ". Esta definição não é exata porque "não leptônico" também pode significar fotônico. Neste relatório, chamarei as partículas de interação forte de "hadrons" e os decaimentos correspondentes de "hadrônicos" (o grego ἁδρός significa "grande", "massivo", em contraste com λεπτός que significa "pequeno", "luz"). Espero que esta terminologia seja conveniente. - LB Okun (1962)

Propriedades

Uma seta verde e uma magenta ("antigreen") se cancelando em branco, representando um méson;  uma seta vermelha, uma verde e uma azul cancelando para o branco, representando um bárion;  uma seta amarela ("antiblue"), uma magenta e uma ciano ("antired") cancelando em branco, representando um antibaryon.
Todos os tipos de hádrons têm carga de cor total zero (três exemplos mostrados)

De acordo com o modelo de quark , as propriedades dos hádrons são determinadas principalmente por seus chamados quarks de valência . Por exemplo, um próton é composto de dois quarks up (cada um com carga elétrica ++23 , para um total de + 43 juntos) e um quark down (com carga elétrica -+13 ). Somando-os, resulta a carga de próton de +1. Embora os quarks também possuam carga de cor , os hádrons devem ter carga de cor total zero devido a um fenômeno denominado confinamento de cor . Ou seja, os hádrons devem ser "incolores" ou "brancos". As maneiras mais simples de isso ocorrer são com um quark de uma cor e um antiquark da anticolor correspondente, ou três quarks de cores diferentes. Os hadrões com o primeiro arranjo são um tipo de méson , e aqueles com o segundo arranjo são um tipo de bárion .

Os glúons virtuais sem massa compõem a esmagadora maioria das partículas dentro dos hádrons, bem como os principais constituintes de sua massa (com exceção do charme pesado e dos quarks inferiores ; o quark superior desaparece antes de ter tempo de se ligar a um hádron). A força dos glúons de força forte que unem os quarks juntos tem energia ( E ) suficiente para ter ressonâncias compostas por quarks massivos ( m ) ( Emc 2 ). Um dos resultados é que pares de curta duração de quarks e antiquarks virtuais estão continuamente se formando e desaparecendo novamente dentro de um hádron. Como os quarks virtuais não são pacotes de ondas estáveis ​​(quanta), mas um fenômeno irregular e transiente, não faz sentido perguntar qual quark é real e qual é virtual; apenas o pequeno excesso é aparente de fora na forma de um hadron. Portanto, quando um hádron ou anti-hádron é afirmado como consistindo em (tipicamente) 2 ou 3 quarks, isso tecnicamente se refere ao excesso constante de quarks vs. antiquarks.

Como todas as partículas subatômicas , os hádrons recebem números quânticos correspondentes às representações do grupo de Poincaré : J PC ( m ), onde J é o número quântico de spin , P a paridade intrínseca (ou P-paridade ), C a conjugação de carga (ou C-paridade ) e m é a massa da partícula . Observe que a massa de um hadron tem muito pouco a ver com a massa de seus quarks de valência; em vez disso, devido à equivalência massa-energia , a maior parte da massa vem da grande quantidade de energia associada à forte interação . Hádrons também podem conter números quânticos de sabor , como isospin ( paridade G ) e estranheza . Todos os quarks carregam um número quântico conservado aditivo chamado número bárion ( B ), que é ++13 para quarks e -+13 para antiquarks. Isso significa que os bárions (partículas compostas feitas de três, cinco ou um número ímpar maior de quarks) têm B  = 1, enquanto os mésons têm B  = 0.

Hádrons têm estados excitados conhecidos como ressonâncias . Cada hadrão de estado fundamental pode ter vários estados excitados; várias centenas de ressonâncias foram observadas em experimentos. As ressonâncias decaem extremamente rapidamente (em cerca de 10 −24  segundos ) por meio da força nuclear forte.

Em outras fases da matéria, os hádrons podem desaparecer. Por exemplo, em temperatura e pressão muito altas, a menos que haja muitos sabores de quarks, a teoria da cromodinâmica quântica (QCD) prevê que quarks e glúons não ficarão mais confinados nos hádrons ", porque a força da forte interação diminui com energia ". Essa propriedade, conhecida como liberdade assintótica , foi confirmada experimentalmente na faixa de energia entre 1  GeV (gigaeletronvolt) e 1  TeV (teraeletronvolt). Todos os hádrons livres, exceto ( possivelmente ) o próton e o antipróton, são instáveis .

Bárions

Os bárions são hádrons que contêm um número ímpar de quarks de valência (pelo menos 3). Os bárions mais conhecidos, como o próton e o nêutron, têm três quarks de valência, mas os pentaquarks com cinco quarks - três quarks de cores diferentes e também um par quark-antiquark extra - também têm sua existência comprovada. Como os bárions têm um número ímpar de quarks, eles também são todos férmions , ou seja , têm spin de meio-inteiro . Como os quarks possuem número bárion B  =  13 , os bárions têm número bárion B  = 1. Os pentaquarks também têm B  = 1, já que os números bárions dos quarks extras e do antiquark se cancelam.

Cada tipo de bárion tem uma antipartícula correspondente (antibárion), na qual os quarks são substituídos por seus antiquarks correspondentes. Por exemplo, assim como um próton é feito de dois quarks up e um quark down, sua antipartícula correspondente, o antipróton, é feito de dois antiquarks up e um antiquark down.

Em agosto de 2015, havia dois pentaquarks conhecidos, P+
c
(4380)
e P+
c
(4450)
, ambos descobertos em 2015 pela colaboração LHCb .

Mésons

Os mésons são hádrons que contêm um número par de quarks de valência (pelo menos 2). Os mésons mais conhecidos são compostos de um par quark-antiquark, mas possíveis tetraquarks (4 quarks) e hexaquarks (6 quarks, compreendendo um dibaryon ou três pares de quark-antiquark) podem ter sido descobertos e estão sendo investigados para confirmar sua natureza. Podem existir vários outros tipos hipotéticos de mésons exóticos que não se enquadram no modelo de classificação de quark. Estes incluem glueballs e mésons híbridos (mésons ligados por glúons excitados ).

Como os mésons têm um número par de quarks, eles também são todos bósons , com spin inteiro , ou seja , 0, +1 ou -1. Eles têm número bárion B  =  13 - 13  = 0. Exemplos de mésons comumente produzidos em experimentos de física de partículas incluem píons e kaons . Os píons também desempenham um papel na manutenção dos núcleos atômicos juntos por meio da força forte residual .

Veja também

Notas de rodapé

Referências

links externos

  • A definição do dicionário de hádron no Wikcionário