Bariono

Barionoj (de greka βαρύς — multepeza) — estas familio de elementaj partikloj, kiu inkluzivas forte interagantajn fermionojn, konsistaj el tri kvarkoj de diferaj kolorŝargoj. Ekspektata estas ekzisto de t.n. ekzotaj barionoj, kiuj konsistas je kvin aŭ pli kvarkoj (ekz. pentakvarko), sed tio ankoraŭ ne estas pruvita. Barinoj kaj mezonoj apartenas al grupo de hadronoj.

Barionoj, sortitaj al pli granda maso, estas: protono, neŭtrono, lambda-hiperono, sigma-hiperono, ksi-hiperono kaj omega-hiperono. Maso de omega-hiperono estas 3287-oble maso de elektrono kaj preskaŭ 1.8-oble maso de protono.

Plej stabilaj barionoj estas protono kaj neŭtrono (kiuj kune estas nomitaj nuklonoj). Protonoj, laŭ modernaj scioj, estas absolute stabila, kaj neŭtrono povas disfali post vivdaŭro de ĉ. 1000 sek. Pli pezaj barionoj disfalas post tempo de 10⁻²³ ĝis 10⁻¹⁰ sek.

Nuklonoj konsistas el u kaj d-kvarkoj. Protono havas konsiston uud kaj neŭtrono udd. Kune kun siaj nestabilaj ekscitaj variantoj ili kompozas grupon de N-barionoj.

Barionoj, kiuj enhavas na almenaŭ unu s-kvarko, sed ne pli pezaj kvarkoj, nomiĝas hiperonoj.

Klasado de barionoj

В семействе барионов, кроме нуклонов, выделяют группы Δ-, Λ-, Σ-, Ξ- и Ω-барионов.

• Δ-барионы (Δ⁺⁺, Δ⁺, Δ⁰, Δ⁻), как и нуклоны, состоят из u- и d-кварков, но, в отличие от нуклонов, их спин равен 3/2. Распадаются они главным образом на нуклон и пион. Время жизни Δ-барионов близко к 10⁻²³ с.

• Λ-барионы (Λ⁰) — нейтральные (но не истинно нейтральные) частицы со спином 1/2 и странностью −1 (то есть их можно называть Λ-гиперонами), состоящие из u-, d- и s-кварка. В них u- и d-кварки находятся в синглетном по изоспину состоянии (I=0). Масса 1117 МэВ. Распадаются преимущественно на протон и отрицательный пион или на нейтрон и нейтральный пион с временем жизни 2,6×10⁻¹⁰ с. Открыты также тяжёлые Λ-барионы (Λ⁺_c и Λ⁰_b), в которых странный кварк заменён очарованным (c-кварком) или красивым (b-кварком).

• Σ-барионы (Σ⁺, Σ⁰, Σ⁻) имеют спин 1/2, странность −1. Как и Λ-барион, состоят из u-, d- и s-кварка, но триплетны по изоспину (I=1). Нейтральный Σ⁰-барион имеет тот же кварковый состав, что и Λ⁰-барион (uds), но тяжелее, в связи с этим он очень быстро распадается в Λ⁰ с вылетом фотона (время жизни составляет лишь 6×10⁻²⁰ с, поскольку распад происходит за счёт электромагнитного взаимодействия). Σ⁺ (uus) и Σ⁻ (dds) распадаются за примерно 10⁻¹⁰ с на пион и нуклон. Следует отметить, что Σ⁺ и Σ⁻ не являются частицей и античастицей — это самостоятельные частицы, каждая из них (как, кстати, и Σ⁰) имеет свою античастицу. Массы Σ-гиперонов составляют около 1200 МэВ. Обнаружены также тяжёлые Σ-барионы, не являющиеся гиперонами (то есть содержащие вместо s-кварка более тяжёлый кварк).

• Ξ-барионы (Ξ⁰ и Ξ⁻) имеют спин 1/2, странность −2. Они содержат по два странных кварка; кварковый состав uss (Ξ⁰) и dss (Ξ⁻). Их масса близка к 1,3 ГэВ. Распадаются (с временем жизни около 10⁻¹⁰ с) на пион и Λ⁰-гиперон. Существуют тяжёлые Ξ-барионы, не являющиеся гиперонами (один из странных кварков заменен c- или b-кварком).

• Ω-барионы (существует лишь один тип этих частиц, Ω⁻-гиперон) имеют спин 3/2 и странность −3, состоят из 3 странных кварков (sss). Масса частицы 1,672 ГэВ. Преимущественные моды распада — на Λ⁰-гиперон и отрицательный каон или на Ξ⁰ и отрицательный пион (время жизни около 10⁻¹⁰ с). Открыты некоторые тяжёлые Ω-барионы, отличающиеся заменой одного из s-кварков на тяжёлый кварк.

thumb|Декуплет барионов со спином 3/2 thumb|Октет барионов со спином 1/2

Существует также широкий спектр короткоживущих возбуждённых состояний этих барионов.

Большинство лёгких барионов в основном состоянии распадаются за счёт слабого взаимодействия, поэтому их время жизни относительно велико (исключение составляет, как было отмечено выше, Σ⁰-гиперон).

Лёгкие барионы (гипероны, Δ-барионы и нуклоны) в зависимости от спина входят в состав одного из двух мультиплетов: декуплета со спином 3/2 (Δ-барионы, Ω-гипероны и возбуждённые состояния Σ- и Ξ-гиперонов) и октета со спином 1/2 (нуклоны, Σ-, Λ- и Ξ-гипероны).