Hadrony - Polski Serwis Naukowy

Hadrony – w fizyce cząstek elementarnych grupa cząstek silnie oddziałujących złożonych z kwarków.

Właściwością hadronów jest ich liczba barionowa oraz całkowity ładunek elektryczny, choć budujące je kwarki mają ładunki ułamkowe (2/3 e lub –1/3 e).

Hadrony dzielą się na bariony i mezony.

Język grecki albo greka — język indoeuropejski z grupy helleńskiej, w starożytności ważny język basenu Morza Śródziemnego. W cywilizacji Zachodu zaadaptowany obok łaciny jako język terminologii naukowej, wywarł wpływ na wszystkie współczesne języki europejskie, a także część pozaeuropejskich i starożytnych. Od X wieku p.n.e. zapisywany jest alfabetem greckim. Obecnie, jako język nowogrecki, pełni funkcję języka urzędowego w Grecji i Cyprze. Jest też jednym z języków oficjalnych Unii Europejskiej. Po grecku mówi współcześnie około 15 milionów ludzi.

Foton (gr. φως – światło, w dopełniaczu – φοτος) jest cząstką elementarną nie posiadającą ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego, o masie spoczynkowej równej zero (m0 = 0), liczbie spinowej s = 1 (fotony są zatem bozonami). Fotony są nośnikami oddziaływań elektromagnetycznych, a ponieważ wykazują dualizm korpuskularno-falowy są równocześnie falą elektromagnetyczną.

Budowa hadronu

Kwarki posiadają kolor i zapach (są to nazwy nadane umownie). Trzy kolory (czerwony, niebieski i zielony) są analogami ładunku elektrycznego. Wymiana między kolorowymi kwarkami gluonów (z gr. gluo – klej) jest przyczyną wiązania się kwarków w hadrony. Oddziaływanie to opisuje chromodynamika kwantowa.

Gwiazda dziwna (gwiazda kwarkowa) – hipotetyczny typ gwiazdy zbudowanej z materii dziwnej. Istnienie takiej ultragęstej materii jest spekulowane wewnątrz bardzo masywnych gwiazd neutronowych. Modele teoretyczne sugerują, że gdy materia jądrowa w gwieździe (neutrinium – materia jądrowa w równowadze ze względu na słaby rozpad β) znajduje się pod wpływem dostatecznie dużego ciśnienia pochodzącego od grawitacji gwiazdy, zachodzi w niej proces dezintegracji nukleonów do materii kwarkowej. Gwiazda kwarkowa jest układem zawierającym plazmę kwarkową w równowadze ze względu na rozpad β (podobnie jak rozpad neutronów w gwieździe neutronowej), w skład której wchodzą kwarki (u, d, s) i gluony. Obecność gluonów opisuje stała B (nazywana stałą worka) oraz zmiana masy kwarków (masa efektywna). W chromodynamice (QCD) kwarki zyskują w plazmie kwarkowo-gluonowej znaczne masy (mu*=md* ~ 330 MeV/c², ms* ~ 450 MeV/c² (masy konstytuentne)). Swobodne kwarki gdy są ekstremalnie blisko siebie (swoboda asymptotyczna) posiadają niewielkie masy ((mu*=md* ~ 7 MeV/c², ms* ~ 150 MeV/c² (masy bieżące)).

Hiperony (z gr. hyper "ponad") – grupa ciężkich cząstek (barionów), zawierających przynajmniej jeden kwark dziwny (s). Zaliczane są w związku z tym do cząstek dziwnych.

Kwarki różnią się zapachem, istnieje sześć kwarków: dolny (d, down), górny (u, up), dziwny (s – strange), powabny (c – charm), spodni (b – bottom) i szczytowy (t – top) o odpowiednich ładunkach elektrycznych, parami –1/3 i +2/3. Gluonów jest osiem, są w chromodynamice analogami fotonu. W przeciwieństwie do fotonów, które nie mają ładunku elektrycznego, gluony mają kolor i oddziałują silnie. Konsekwencją tego oddziaływania jest swoboda asymptotyczna i uwięzienie kwarków.

Bariony – w fizyce cząstek elementarnych rodzina cząstek elementarnych silnie oddziałujących fermionów (o spinie połówkowym). Bariony są podrodziną cząstek silnie oddziałujących nazywanej hadronami. Barionem jest proton czy neutron wspólnie nazywane nukleonami.

Formuła Gell-Manna-Nishijimy to równanie, które opisuje własności hadronów, łącząc liczby kwantowe, czyli liczbę barionową B, dziwność S i izospin Iz z ładunkiem elektrycznym Q. Formuła przedstawia się w następujący sposób:

Swoboda asymptotyczna oznacza, że kwarki są najbardziej swobodne wtedy, gdy są najbliżej siebie, przyciągają się zaś tym mocniej, im bardziej są od siebie oddalone. Jest to całkowicie przeciwnie niż w elektrodynamice (czy klasycznej grawitacji), gdzie oddziaływanie między ładunkami (masami) maleje wraz ze wzrostem odległości.

Kwark – cząstka elementarna, fermion, posiadający ładunek koloru (czyli podlegający oddziaływaniom silnym). Według obecnej wiedzy cząstki elementarne będące składnikami materii można podzielić na dwie grupy. Pierwszą grupę stanowią kwarki, drugą grupą są leptony. Każda z tych grup zawiera po sześć cząstek oraz ich antycząstki. Istnieje więc sześć rodzajów kwarków oraz odpowiednio sześć rodzajów ich antycząstek – antykwarków.

Proton, p <(gr.) πρῶτον – "pierwsze" (l.poj., rodz. nijaki)> - trwała cząstka elementarna z grupy barionów o ładunku +1 i masie spoczynkowej równej ok. 1 u. Protony są głównym składnikiem pierwotnego promieniowania kosmicznego. Protony wraz z neutronami (→ nukleony) tworzą jądra atomowe pierwiastków chemicznych. Liczba protonów w jądrze danego atomu jest równa jego liczbie atomowej, która z kolei jest podstawą uporządkowania atomów w układzie okresowym pierwiastków.

Rodzaje hadronów

Znane są obecnie dwa rodzaje hadronów:

bariony, w tym:

nukleony (czyli proton i neutron)

hiperony (Λ, Σ, Ξ, Ω...)

mezony (π, ω, ρ, D, K, B...)

Bariony są fermionami (mają spin połówkowy), natomiast mezony są bozonami (mają spin całkowity). Bariony zbudowane są z trzech kwarków, a mezony z dwóch kwarków tworząc pary kwark-antykwark (są bezbarwne). Wymiana mezonów między barionami jest przyczyną wiązania jądrowego, które tworzy jądra atomowe jako stany związane barionów.

Spin jest to własny moment pędu cząstki w układzie w którym nie wykonuje ruchu postępowego. Własny oznacza tu taki, który nie wynika z ruchu danej cząstki względem innych cząstek, lecz tylko z samej natury tej cząstki. Każdy rodzaj cząstek elementarnych ma odpowiedni dla siebie spin. Cząstki będące konglomeratami cząstek elementarnych (np. jądra atomów) mają również swój spin będący sumą wektorową spinów wchodzących w skład jego cząstek elementarnych. Spin jest pojęciem czysto kwantowym. W mechanice klasycznej, gdy cząstka spoczywa, musi mieć zerowy moment pędu. Układ spoczynkowy istnieje tylko, gdy cząstka ma masę. Gdy cząstka jest bezmasowa (np. foton), można jedynie określić rzut spinu na kierunek propagacji cząstki. Matematycznie spin jest wielkością tensorową wynikającą z teorii kwantowej. Dokładnie jest to własność związana z tensorowym charakterem funkcji falowej, opisującej daną cząstkę, względem grupy obrotów. Np. funkcja falowa pionów może być uważana za wektor, funkcja falowa hipotetycznych grawitonów miałaby być tensorem 2. rzędu, zaś funkcja falowa elektronów jest spinorem o rzędzie 1/2.

Materia dziwna to termin, którym określamy materię oddziałującą silnie, złożoną z cząstek dziwnych (zawierających kwark dziwny s). Dziwna materia jądrowa zbudowana jest z barionów dziwnych nazywanych hiperonami (np. Λ, Σ, Ξ) lub mezonów dziwnych (np. kaonów). Tego rodzaju materia hiperonowa może występować we wnętrzu gwiazd neutronowych.

Bariony zbudowane z przynajmniej jednego kwarku dziwnego (s) nazywamy hiperonami. Materię jądrową zbudowaną z hiperonów lub mezonów dziwnych (np. kaonów) nazywamy materią dziwną. Materia jądrowa może tworzyć grawitacyjny stan związany – gwiazdę neutronową czy też gwiazdę dziwną.

Zapach jest jedną z liczb kwantowych przypisywanych elementarnym fermionom materii - kwarkom i leptonom. Zapach jest zachowywany w oddziaływaniach silnych i elektromagnetycznych, nie jest natomiast zachowany w oddziaływaniach słabych. Oznacza to, że tylko w oddziaływaniach słabych może następować zmiana zapachu kwarków i leptonów.

Kwark powabny (ang. charm, oznaczenie c) – jeden z kwarków. Nie występuje w zwykłej materii, występuje natomiast w cząstkach wytwarzanych sztucznie, np. mezonach D.

Zobacz też

Wielki Zderzacz Hadronów

Model Standardowy

Formuła Gell-Manna-Nishijimy

Linki zewnętrzne

Particle Data Group