Адрони, що таке адрони, мезони та баріони
Адрони- загальна назва для частинок, що беруть участь у сильних взаємодіях. Назва походить від грецького слова, що означає "сильний, великий". Усі адрони поділяються на дві великі групи - мезони і баріони.
Баріони (від грецького слова, що означає «важкий») — це адрони з напівцілим спином (див. Спін). Найвідоміші баріони - протон і нейтрон. До баріонів належить також ряд частинок із квантовим числом, названим колись дивним. Одиницею дивності володіють баріон лямбда (А °) і сімейство баріонів сигма (2 і 2 °). Індекси - 0 вказують на знак електричного заряду або нейтральність частинки. Двома одиницями дивацтва мають баріони кси (Е-і Е°). Баріон має дивність, рівну трьом.
Маси перерахованих баріонів приблизно в півтора рази більші за масу протона, а їх характерний час життя становить близько Ю-10 с. Нагадаємо, що протон практично стабільний, а нейтрон живе понад 15 хв. Здавалося б, важчі баріони дуже недовговічні, але за масштабами мікросвіту це не так. Така частка, навіть рухаючись відносно повільно, зі швидкістю, скажімо, рівною 10% від світлової, встигає пройти шлях кілька міліметрів і залишити свій слід у детекторі елементарних частинок (див. Детектори ядерних випромінювань). Однією з властивостей баріонів, що відрізняють їх від інших видів частинок, можна вважати наявність у них барійного заряду, що зберігається. Ця величина введена для опису досвідченого факту сталості у всіх відомих процесах різниці між числом баріонів та антибаріонів (див. Четність, Пептони, Протон).
Мезони - адрони з цілим спином. Назва походить від грецького слова, що означає «середній», оскільки маси перших відкритих мезонів мали проміжні значення між масами протона та електрона. Баріонний зарядмезонів дорівнює нулю. Найлегші з мезонів - півонії, або пі-мезони л-, л + та їх маси приблизно в 6-7 разів менше маси протона. Найпотужніші дивні мезони — каони К+, К
і /С0: їх маси майже вдвічі менші за масу протона. Характерний час життя цих мезонів – Ю-8 с.
Майже всі адрони мають античастинки. Так, баріон сигма-мінус 2 має античастку антисигма-плюс 2 + , яка відмінна від 2 + . Те саме можна сказати і про інші баріони. З мезонами справа дещо інакше: негативний півонія — античастка позитивного півонії, а нейтральний півонія античастки взагалі не має, оскільки є античастинкою сам собі. У той самий час нейтральний каон К0 має античастинку К0. Ці факти отримують пояснення у кварковій моделі адронів.
Світ адронів величезний - він включає понад 350 частинок. Більшість їх дуже нестабільні: вони розпадаються більш легкі адрони під час порядку 10-23с.
За сучасними уявленнями адрони є істинно елементарними частинками. Вони мають кінцеві розміри та складну структуру. Баріони складаються з трьох кварків. Відповідно антибаріон складається з трьох антикварків і завжди відрізняється від баріону. Мезони побудовані з кварку та антикварку. Зрозуміло, що мезони, до складу яких входять пари з кварків та антикварків одного сорту, не матимуть античастинок. Кварки утримуються усередині адронів глюонним полем. У принципі теорія припускає існування інших адронів, побудованих з більшої кількості кварків або, навпаки, з одного глюонного поля. Останнім часом з'явилися деякі експериментальні дані щодо можливого існування таких гіпотетичних частинок.
Динамічна теорія кварків, що описує їх взаємодії, почала розвиватися відносно недавно. Спочатку кваркова модель була запропонована для«наведення порядку» у надто численному сімействі адронів. Ця модель включала кварки трьох видів, або, як кажуть, ароматів. За допомогою кварків вдалося навести лад у численному сімействі адронів, розподіливши їх у групи частинок, звані мультиплетами. Частинки одного мультиплета мають близькі маси, але це послужило основою їх класифікації; Крім дослідних даних, у цьому випадку використовували спеціальний математичний апарат теорії груп.
Надалі виявилося, що трьох кваркових ароматів недостатньо для опису всіх адронів. У 1974 р. було відкрито звані пси-мезоны, які з кварку і антикварка нового виду (сс). Цей аромат був названий чарівністю. Новий зачарований кварк виявився набагато важчим за своїх «побратимів»: найлегша з пси-частинок — мезон J/-ф — має масу 3097 МеВ, тобто в 3 рази важча за протон. Час життя близько Ю-20с.
Було відкрито ціле сімейство псі-мезонів з тим же кварковим складом сс, але що знаходяться у збуджених станах і внаслідок цього мають великі маси. Було очевидно, що повинні існувати і пов'язані стани з кварками з кварками інших ароматів. У таких частках «чарівність» с-кварка не компенсуватиметься «античарованием» с-кварка, як це відбувається в пси-мезонах. Тому такі частки отримали назву зачарованих мезонів.