Hadron – Wikipedia

Quantenteilchen

In der Teilchenphysik a Hadron (Griechisch: ἁδρός, hadrós; “dick, dick”) ist ein subatomares Verbundteilchen aus zwei oder mehr Quarks, die durch die starke Kraft zusammengehalten werden, ähnlich wie Moleküle durch die elektromagnetische Kraft zusammengehalten werden. Der größte Teil der Masse gewöhnlicher Materie stammt aus zwei Hadronen: dem Proton und dem Neutron.

Hadronen werden in zwei Familien eingeteilt: Baryonen aus einer ungeraden Anzahl von Quarks – normalerweise drei Quarks – und Mesonen aus einer geraden Anzahl von Quarks – normalerweise ein Quark und ein Antiquark.^[1]Protonen und Neutronen (die den größten Teil der Masse eines Atoms ausmachen) sind Beispiele für Baryonen; Pionen sind ein Beispiel für ein Meson. In den letzten Jahren wurden “exotische” Hadronen entdeckt, die mehr als drei Valenzquarks enthalten. Ein Tetraquark-Zustand (ein exotisches Meson) mit dem Namen Z (4430)^{– –}wurde 2007 von der Belle Collaboration entdeckt^[2] und als Resonanz im Jahr 2014 durch die LHCb-Zusammenarbeit bestätigt.^[3] Zwei Pentaquark-Staaten (exotische Baryonen), benannt P.⁺
_c(4380) und P.⁺
_c(4450), wurden 2015 von der LHCb-Kollaboration entdeckt.^[4] Es gibt mehrere weitere exotische Hadronenkandidaten und andere Farb-Singulett-Quark-Kombinationen, die möglicherweise ebenfalls existieren.

Es wird angenommen, dass fast alle “freien” Hadronen und Antihadronen (dh isoliert und nicht in einem Atomkern gebunden) instabil sind und schließlich in andere Teilchen zerfallen (zerfallen). Die einzige bekannte Ausnahme betrifft freie Protonen möglicherweise stabil oder braucht zumindest immense Zeit, um zu zerfallen (Größenordnung von 10)³⁴⁺ Jahre). Freie Neutronen sind instabil und zerfallen mit einer Halbwertszeit von etwa 611 Sekunden. Es wird erwartet, dass ihre jeweiligen Antiteilchen dem gleichen Muster folgen, aber es ist schwierig, sie einzufangen und zu untersuchen, da sie sich bei Kontakt mit gewöhnlicher Materie sofort vernichten. “Gebundene” Protonen und Neutronen, die in einem Atomkern enthalten sind, gelten allgemein als stabil. Experimentell wird die Hadronenphysik untersucht, indem Protonen oder Kerne schwerer Elemente wie Blei oder Gold kollidiert und die Trümmer in den erzeugten Teilchenduschen nachgewiesen werden. In der natürlichen Umgebung entstehen Mesonen wie Pionen durch Kollisionen kosmischer Strahlen mit der Atmosphäre.

Etymologie[edit]

Der Begriff “Hadron” wurde von Lev B. Okun in einem Plenarvortrag auf der Internationalen Konferenz für Hochenergiephysik von 1962 eingeführt.^[5] In diesem Vortrag sagte er:

Ungeachtet der Tatsache, dass dieser Bericht schwache Wechselwirkungen behandelt, müssen wir häufig von stark wechselwirkenden Partikeln sprechen. Diese Partikel werfen nicht nur zahlreiche wissenschaftliche Probleme auf, sondern auch ein terminologisches Problem. Der Punkt ist, dass “stark wechselwirkende Teilchen” ein sehr ungeschickter Begriff ist, der sich nicht der Bildung eines Adjektivs ergibt. Aus diesem Grund werden Zerfälle in stark wechselwirkende Teilchen, um nur einen Fall zu nennen, als nicht leptonisch bezeichnet. Diese Definition ist nicht genau, da “nicht leptonisch” auch “photonisch” bedeuten kann. In diesem Bericht werde ich stark wechselwirkende Teilchen “Hadronen” und die entsprechenden Zerfälle “hadronisch” (der Grieche) nennen ἁδρός bedeutet “groß”, “massiv” im Gegensatz zu λεπτός was “klein”, “leicht” bedeutet). Ich hoffe, dass sich diese Terminologie als zweckmäßig erweisen wird.

Eigenschaften[edit]

Alle Arten von Hadronen haben eine Gesamtfarbladung von Null (drei Beispiele gezeigt)

Nach dem Quarkmodell^[6] Die Eigenschaften von Hadronen werden hauptsächlich durch ihre sogenannten bestimmt Valenzquarks. Zum Beispiel besteht ein Proton aus zwei Up-Quarks (jeweils mit elektrischer Ladung +)²⁄₃für insgesamt +⁴⁄₃ zusammen) und ein Daunenquark (mit elektrischer Ladung –¹⁄₃). Addiert man diese zusammen, ergibt sich eine Protonenladung von +1. Obwohl Quarks auch eine Farbladung tragen, müssen Hadronen aufgrund eines Phänomens, das als Farbbegrenzung bezeichnet wird, eine Gesamtfarbladung von Null aufweisen. Das heißt, Hadronen müssen “farblos” oder “weiß” sein. Dies lässt sich am einfachsten mit einem Quark einer Farbe und einem Antiquark der entsprechenden Anticolor oder drei Quarks unterschiedlicher Farbe erreichen. Hadronen mit der ersten Anordnung sind eine Art Meson, und diejenigen mit der zweiten Anordnung sind eine Art Baryon.

Masselose virtuelle Gluonen bilden die numerische Mehrheit der Partikel in Hadronen. Die Stärke der starken Kraftgluonen, die die Quarks zusammenbinden, hat ausreichend Energie (E.) Resonanzen aus massiven (m) Quarks (E> mc²). Ein Ergebnis ist, dass sich kurzlebige Paare von virtuellen Quarks und Antiquarks in einem Hadron ständig bilden und wieder verschwinden. Da die virtuellen Quarks keine stabilen Wellenpakete (Quanten) sind, sondern ein unregelmäßiges und vorübergehendes Phänomen, ist es nicht sinnvoll zu fragen, welcher Quark real und welcher virtuell ist. nur der kleine Überschuss ist von außen in Form eines Hadrons erkennbar. Wenn angegeben wird, dass ein Hadron oder Anti-Hadron aus (typischerweise) 2 oder 3 Quarks besteht, bezieht sich dies technisch auf den konstanten Überschuss an Quarks gegenüber Antiquarks.

Wie allen subatomaren Teilchen werden Hadronen Quantenzahlen zugewiesen, die den Darstellungen der Poincaré-Gruppe entsprechen: J.^PC((m), wo J. ist die Spinquantenzahl, P. die intrinsische Parität (oder P-Parität), C. die Ladungskonjugation (oder C-Parität) und m die Masse des Teilchens. Beachten Sie, dass die Masse eines Hadrons sehr wenig mit der Masse seiner Valenzquarks zu tun hat. Aufgrund der Masse-Energie-Äquivalenz stammt der größte Teil der Masse aus der großen Energiemenge, die mit der starken Wechselwirkung verbunden ist. Hadronen können auch Geschmacksquantenzahlen wie Isospin (G-Parität) und Fremdheit tragen. Alle Quarks tragen eine additive, konservierte Quantenzahl, die als Baryonenzahl bezeichnet wird (B.), was + ist¹⁄₃ für Quarks und –¹⁄₃ für Antiquarks. Dies bedeutet, dass Baryonen (zusammengesetzte Partikel aus drei, fünf oder einer größeren ungeraden Anzahl von Quarks) haben B. = 1, während Mesonen haben B. = 0.

Hadronen haben angeregte Zustände angeregt, die als Resonanzen bekannt sind. Jedes Grundzustands-Hadron kann mehrere angeregte Zustände haben; In Experimenten wurden mehrere Hundert Resonanzen beobachtet. Resonanzen nehmen extrem schnell ab (innerhalb von ca. 10)⁻²⁴Sekunden) über die starke Atomkraft.

In anderen Phasen der Materie können die Hadronen verschwinden. Beispielsweise sagt die Theorie der Quantenchromodynamik (QCD) bei sehr hoher Temperatur und hohem Druck voraus, dass Quarks und Gluonen nicht länger in Hadronen eingeschlossen sind, “weil die Stärke der starken Wechselwirkung abnimmt, es sei denn, es gibt ausreichend viele Aromen von Quarks.” mit Energie “. Diese Eigenschaft, die als asymptotische Freiheit bekannt ist, wurde experimentell im Energiebereich zwischen 1 GeV (Gigaelektronvolt) und 1 TeV (Teraelektronvolt) bestätigt.^[7]

Alle freien Hadronen außer (möglicherweise) dem Proton und dem Antiproton sind instabil.

Baryonen[edit]

Baryonen sind Hadronen, die eine ungerade Anzahl von Valenzquarks enthalten (mindestens 3).^[1] Die bekanntesten Baryonen wie das Proton und das Neutron haben drei Valenzquarks, aber es wurde auch nachgewiesen, dass Pentaquarks mit fünf Quarks – drei Quarks unterschiedlicher Farbe und auch ein zusätzliches Quark-Antiquark-Paar – existieren. Da Baryonen eine ungerade Anzahl von Quarks haben, sind sie auch alle Fermionen, dhSie haben einen halb-ganzzahligen Spin. Als Quarks besitzen Baryonenzahl B. =¹⁄₃Baryonen haben eine Baryonenzahl B. = 1. Pentaquarks ebenfalls haben B. = 1, da die Baryonenzahlen des zusätzlichen Quarks und des Antiquarks aufheben.

Jeder Baryontyp hat ein entsprechendes Antiteilchen (Antibaryon), in dem Quarks durch ihre entsprechenden Antiquarks ersetzt werden. So wie ein Proton beispielsweise aus zwei Up-Quarks und einem Down-Quark besteht, besteht sein entsprechendes Antiteilchen, das Antiproton, aus zwei Up-Antiquarks und einem Down-Antiquark.

Seit August 2015 sind zwei Pentaquarks bekannt: P.⁺
_c(4380) und P.⁺
_c(4450), beide im Jahr 2015 durch die LHCb-Zusammenarbeit entdeckt.^[4]

Mesonen sind Hadronen, die eine gerade Anzahl von Valenzquarks enthalten (mindestens 2).^[1] Die meisten bekannten Mesonen bestehen aus einem Quark-Antiquark-Paar, aber mögliche Tetraquarks (4 Quarks) und Hexaquarks (6 Quarks, bestehend aus einem Dibaryon oder drei Quark-Antiquark-Paaren) wurden möglicherweise entdeckt und werden untersucht, um ihre Natur zu bestätigen.^[8] Es können mehrere andere hypothetische Arten von exotischen Mesonen existieren, die nicht in das Quark-Klassifizierungsmodell fallen. Dazu gehören Glueballs und Hybridmesonen (Mesonen, die von angeregten Gluonen gebunden werden).

Da Mesonen eine gerade Anzahl von Quarks haben, sind sie auch alle Bosonen mit ganzzahligem Spin. dh, 0, 1 oder -1. Sie haben eine Baryonnummer B. =¹⁄₃ – –¹⁄₃ = 0. Beispiele für Mesonen, die üblicherweise in Teilchenphysik-Experimenten hergestellt werden, umfassen Pionen und Kaonen. Pionen spielen auch eine Rolle beim Zusammenhalten von Atomkernen über die verbleibende starke Kraft.

Siehe auch[edit]

Verweise[edit]

Externe Links[edit]

• Die Wörterbuchdefinition von Hadron bei Wiktionary