Baryonen er en ikke-elementær subatomær partikkel som består av et oddetall (minst 3) valenskvarker . [1] Siden de er sammensatt av kvarker, tilhører baryonene familien av hadroner og deltar i det sterke samspillet . Med halvt heltallsspinn er fermioner .
Begrepet baryon ble foreslått av Abraham Pais [2] og stammer fra det greske βαρύς ( barys ) som betyr "tung", er partikler med større masse enn de som tidligere er kjent. De mest kjente baryonene er protonet og nøytronet , begge dannet av tre kvarker, som utgjør mesteparten av den synlige massen i universet og utgjør kjernen til alle atomer .
En folketelling av universets baryoner indikerer at 10 % kan finnes inne i galakser, 50 til 60 % i det sirkumgalaktiske mediet, [3] og de resterende 30 eller 40 % i det varme-varme intergalaktiske mediet (WHIM). [4]
Den 22. desember 2006 ble to nye baryoner, kalt " Sigma-secondary-b ", oppdaget. En av de nye baryonene som ble oppdaget av eksperimentet består av to opp- og en bunnkvarker , de to andre ned- og en bunnkvarker. De to nye subatomære partiklene ble identifisert av en amerikansk forskningsgruppe koordinert av Petar Maksimovic fra Krieger School of Arts and Sciences.
I noen tid ble det antatt at noen eksperimenter viste eksistensen av pentakvarker , "eksotiske" baryoner som består av fire kvarker og en antikvark [5] [6] (se neste avsnitt).
I 2014, som en del av LHCb -eksperimentet ved LHC , ble de to baryonpartiklene Xi_b'-, Xi_b * - oppdaget [7] [8]
Som fermioner er baryoner beskrevet av Fermi-Dirac-statistikken , som gjelder for alle partikler som adlyder Pauli-eksklusjonsprinsippet .
Kvarker har baryonnummer B = 1/3mens for antikvarker B = -1/3. Begrepet baryon refererer vanligvis til "triquarks", dvs. de baryonene som består av tre kvarker ( B = 1/3 + 1/3 + 1/3 = 1). Hver baryon har en antipartikkel dannet av de tilsvarende antikvarkene ; for eksempel består et proton av to opp-kvarker og én ned-kvarker , mens antiprotonet består av to opp- og én ned-antikvarker .
Eksotiske baryoner har blitt foreslått, som pentaquark, bestående av fire kvarker og en antikvark ( B = 1/3 + 1/3 + 1/3 + 1/3 - 1/3 = 1), [5] [6], men deres eksistens er ikke generelt akseptert. Spesielt i 2006 [9] og 2008 [10] uttalte fellesskapet av partikkelfysikere seg hovedsakelig mot deres eksistens. I juli 2015 observerte imidlertid LHCb -eksperimentet to resonanser som var kompatible med pentaquark-tilstander i forfallet Λ0b→ J / ψK - p, med en kombinert statistisk signifikans på 15σ. [11] [12]
I teorien kan det også være eptaquarks (5 kvarker, 2 antikvarker), nonaquarks (6 kvarker, 3 antikvarker) osv.
Disse listene viser alle kjente og teoretisk forutsagte baryoner med totalt vinkelmoment J = 1/2 og i konfigurasjonene J = 3/2 med positiv paritet . [13] Antipartikler er ikke oppført i tabellene, men de kan oppnås ganske enkelt ved å bytte ut alle kvarker med antikvarker (og antikvarkene med kvarker), og lage Q , B , S , C , B ′ med motsatt fortegn.
Symbolene som brukes er: I ( isospin ), J ( total vinkelmomentoperator ), P ( paritet ), u ( opp kvark ), d ( ned kvark ), s ( merkelig kvark ), c ( sjarmkvark ), b ( kvark ). bunn ), Q ( ladning ), B ( baryonnummer ), S ( merkelighet ), C ( sjarm ), B ′ ( bunn ).
Partikler med † ved siden av navnet er forutsagt av standardmodellen, men ikke observert ennå. Verdiene merket med rødt er ennå ikke etablert ved eksperimenter, men er spådd av kvarkmodellen og er i samsvar med målingene. [14] [15] [16]
Navnet på partikkelen | Symbol | Quark innhold |
Hvilemasse ( MeV / c 2 ) | DE | J P | Q ( e ) | S. | C. | B ' | gjennomsnittlig levetid _ _ | Det forfaller vanligvis til |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
nukleon / proton [17] | p / p + / N + | u u d | 938,272 029 ± 0,000080 [a] | 1/2 | 1/2 + | +1 | 0 | 0 | 0 | Stabil | Ubemerket |
nukleon / nøytron [18] | n / n⁰ / N⁰ | u d d | 939.565 360 ± 0.000 081 [a] | 1/2 | 1/2 + | 0 | 0 | 0 | 0 | 8,857 ± 0,008 × 10 2 [c] | p + + e⁻ + ν e |
Lambda [19] | Λ⁰ | u d s | 1115,683 ± 0,006 | 0 | 1/2 + | 0 | −1 | 0 | 0 | 2,631 ± 0,020 × 10 −10 | p + + π⁻ o |
Lambda sjarmert [20] | Λ + c | u d c | 2286,46 ± 0,14 | 0 | 1/2 + | +1 | 0 | +1 | 0 | 2,00 ± 0,06 × 10 −13 | Se forfallsmoduser for Λ + c |
Lambdabunn [21] | Λ⁰ b | u d b | 5 620,2 ± 1,6 | 0 | 1/2 + | 0 | 0 | 0 | −1 | 1,409 +0,055 × 10 −12 1,409 −0,054 × 10 −12 |
Se forfallsmoduser til Λ⁰ b |
Sigma [22] | Σ + | u u s | 1189,37 ± 0,07 | 1 | 1/2 + | +1 | −1 | 0 | 0 | 8,018 ± 0,026 × 10 −11 | p + + π⁰ eller n⁰ + π + |
Sigma [23] | Σ⁰ | u d s | 1192,642 ± 0,024 | 1 | 1/2 + | 0 | −1 | 0 | 0 | 7,4 ± 0,7 × 10 −20 | Λ⁰ + γ |
Sigma [24] | Σ⁻ | d d s | 1197,449 ± 0,030 | 1 | 1/2 + | −1 | −1 | 0 | 0 | 1,479 ± 0,011 × 10 −10 | n⁰ + π⁻ |
Sigma sjarmert [25] | Σ ++ c (2455) | u u c | 2454,02 ± 0,18 | 1 | 1/2 + | +2 | 0 | +1 | 0 | 3,0 ± 0,4 × 10 −22 [d] | Λ + c + π + |
Sigma sjarmert [25] | Σ + c (2455) | u d c | 2452,9 ± 0,4 | 1 | 1/2 + | +1 | 0 | +1 | 0 | > 1,4 × 10 −22 [d] | Λ + c + π⁰ |
Sigma sjarmert [25] | Σ⁰ c (2455) | d d c | 2453,76 ± 0,18 | 1 | 1/2 + | 0 | 0 | +1 | 0 | 3,0 ± 0,5 × 10 −22 [d] | Λ + c + π⁻ |
Sigma-bunn [26] | Σ + b (? [E] ) | u u b | 5807,8 ± 2,7 | 1 | 1/2 + | +1 | 0 | 0 | −1 | Ukjent | Λ⁰ b + π + |
Sigma bunn † | Σ⁰ b (? [E] ) | u d b | Ukjent | 1 | 1/2 + | 0 | 0 | 0 | −1 | Ukjent | Ukjent |
Sigma-bunn [26] | Σ⁻ b (? [E] ) | d d b | 5815,2 ± 2,0 | 1 | 1/2 + | −1 | 0 | 0 | −1 | Ukjent | Λ⁰ b + π⁻ |
Xi [27] | Ξ⁰ | du er s | 1314,86 ± 0,20 | 1/2 | 1/2 + | 0 | −2 | 0 | 0 | 2,90 ± 0,09 × 10 −10 | Λ⁰ + π⁰ |
Xi [28] | Ξ⁻ | d s s | 1321,71 ± 0,07 | 1/2 | 1/2 + | −1 | −2 | 0 | 0 | 1,639 ± 0,015 × 10 −10 | Λ⁰ + π⁻ |
Xi sjarmert [29] | Ξ + c | du er c | 2467,9 ± 0,4 | 1/2 | 1/2 + | +1 | −1 | +1 | 0 | 4,42 ± 0,26 × 10 −13 | Se forfallsmoduser for Ξ + c |
Xi sjarmert [30] | Ξ⁰ c | d s c | 2471,0 ± 0,4 | 1/2 | 1/2 + | 0 | −1 | +1 | 0 | 1,12 +0,13 × 10 −13 1,12 −0,10 × 10 −13 |
Se forfallsmoduser for Ξ⁰ c |
Xi sjarmerte først [31] | Ξ ′ + c | du er c | 2575,7 ± 3,1 | 1/2 | 1/2 + | +1 | −1 | +1 | 0 | Ukjent | Ξ + c + γ (observert) |
Xi sjarmerte først [32] | Ξ′⁰ c | d s c | 2578,0 ± 2,9 | 1/2 | 1/2} + | +1 | −1 | +1 | 0 | Ukjent | Ξ⁰ c + γ (observert) |
Xi dobbel sjarmert [f] | Ξ ++ cc | u c c | 3621,40 ± 0,72 ± 0,27 ± 0,14 | 1/2 | 1/2 + | +2 | 0 | +2 | 0 | Ukjent | Λ + c + K⁻ + π + + π + |
Xi dobbel sjarmert [f] [33] | Ξ + cc | d c c | 3518,9 ± 0,9 [f] | 1/2 | 1/2 + | +1 | 0 | +2 | 0 | <3,3 × 10 −14 [f] | Λ + c + K⁻ + π + [f] o |
Xi-bunn [34] (eller Cascade B ) |
Ξ⁰ b | du er b | Ukjent | 1/2 | 1/2 + | 0 | −1 | 0 | −1 | 1,42 + 0,28 × 10 −12 1,42 −0,24 × 10 −12 [g] |
Se forfallsmoduser for Ξ⁰ b |
Xi-bunn [34] (eller Cascade B) |
Ξ⁻ b | d s b | 5792,4 ± 3,0 | 1/2 | 1/2 + | −1 | −1 | 0 | −1 | 1,42 + 0,28 × 10 −12 1,42 −0,24 × 10 −12 [g] |
Se forfallsmoduser for Ξ⁻ b ( Ξ⁻ + J / ψ ble også observert ) |
Xi nederst først † | Ξ′⁰ b | du er b | Ukjent | 0 | 1/2 + | 0 | −1 | 0 | −1 | Ukjent | Ukjent |
Xi nederst først † | Ξ′⁻ b | d s b | Ukjent | 0 | 1/2 + | 0 | −1 | 0 | −1 | Ukjent | Ukjent |
Xi dobbel bunn † | Ξ⁰ bb | u b b | Ukjent | 1/2 | 1/2 + | 0 | 0 | 0 | −2 | Ukjent | Ukjent |
Xi dobbel bunn † | Ξ⁻ bb | d b b | Ukjent | 1/2 | 1/2 + | −1 | 0 | 0 | −2 | Ukjent | Ukjent |
Xi bunnen sjarmert † | Ξ + cb | u c b | Ukjent | 1/2 | 1/2 + | +1 | 0 | +1 | −1 | Ukjent | Ukjent |
Xi bunnen sjarmert † | Ξ⁰ cb | d c b | Ukjent | 1/2 | 1/2 + | 0 | 0 | +1 | −1 | Ukjent | Ukjent |
Xi bunn sjarmert først † | Ξ ′ + cb | u c b | Ukjent | 0 | 1/2 + | +1 | 0 | +1 | −1 | Ukjent | Ukjent |
Xi bunn sjarmert først † | Ξ′⁰ cb | d c b | Ukjent | 0 | 1/2 + | +1 | 0 | +1 | −1 | Ukjent | Ukjent |
Omega sjarmert [35] | Ω⁰ c | s s c | 2697,5 ± 2,6 | 0 | 1/2 + | 0 | −2 | +1 | 0 | 6,9 ± 1,2 × 10 −14 | Se forfallsmoduser for Ω⁰ c |
Omega bunn [36] | Ω⁻ b | s s b | 6165 ± 23 | 0 | 1/2 + | −1 | −2 | 0 | −1 | 1,13 + 0,55 × 10 −12 1,13 −0,42 × 10 −12 |
( Ω⁻ + J / ψ observert) |
Omega dobbel sjarmert † | Ω + dc | s c c | Ukjent | 0 | 1/2 + | +1 | −1 | +2 | 0 | Ukjent | Ukjent |
Omega bunn sjarmert † | Ω⁰ cb | s c b | Ukjent | 0 | 1/2 + | 0 | −1 | +1 | −1 | Ukjent | Ukjent |
Omega bunn sjarmert prime † | Ω′⁰ cb | s c b | Ukjent | 0 | 1/2 + | 0 | −1 | +1 | −1 | Ukjent | Ukjent |
Omega dobbel bunn † | Ω⁻ bb | s b b | Ukjent | 0 | 1/2 + | −1 | −1 | 0 | −2 | Ukjent | Ukjent |
Omega dobbel bunn sjarmert † | Ω + ccb | c c b | Ukjent | 0 | 1/2 + | +1 | 0 | +2 | −1 | Ukjent | Ukjent |
Omega dobbel bunn sjarmert † | Ω⁰ cbb | c b b | Ukjent | 0 | 1/2 + | 0 | 0 | +1 | −2 | Ukjent | Ukjent |
† Partikkel ennå ikke observert.
[a] Massene til protonet og nøytronet er kjent med bedre presisjon i atomenheter (u) enn i MeV / c² , på grunn av den relativt lite kjente verdien av den elementære ladningen . I atommasseenheten er massen til protonet 1,007 276 466 88 (13) u mens massen til nøytronet er 1,008 664 915 60 (55) u .
[b] Minst 10 35 år. Se protonforfall .
[c] For frie nøytroner ; i de fleste kjerner er nøytroner stabile.
[d] PDG rapporterer resonansbredden (Γ). Her er i stedet konverteringen τ = ħ / Γ gitt.
[e] Navnespesifikke verdier er ennå ikke bestemt, men kan være nær Σ b (5810).
[f] Det er noen kontroverser angående disse dataene. [33]
[g] Dette er faktisk et mål på den gjennomsnittlige levetiden til B-baryonene som forfaller til en stråle som inneholder det samme paret med tegn Ξ ∓ l ∓ . Sannsynligvis er blandingen hovedsakelig Ξ b med noen Λ b .
Navnet på partikkelen | Symbol | Quark innhold |
Hvilemasse ( MeV / c 2 ) | DE | J P | Q ( e ) | S. | C. | B ' | gjennomsnittlig levetid _ _ | Det forfaller vanligvis til |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Delta [37] | Δ ++ (1232) | u u u | 1232 ± 1 | 3/2 | 3/2 + | +2 | 0 | 0 | 0 | 5,58 ± 0,09 × 10 −24 [t] | p + + π + |
Delta [37] | Δ + (1232) | u u d | 1232 ± 1 | 3/2 | 3/2 + | +1 | 0 | 0 | 0 | 5,58 ± 0,09 × 10 −24 [t] | π + + n 0 eller π 0 + p |
Delta [37] | Δ⁰ (1232) | u d d | 1232 ± 1 | 3/2 | 3/2 + | 0 | 0 | 0 | 0 | 5,58 ± 0,09 × 10 −24 [t] | π⁰ + n⁰ eller π⁻ + p + |
Delta [37] | Δ⁻ (1232) | d d d | 1232 ± 1 | 3/2 | 3/2 + | −1 | 0 | 0 | 0 | 5,58 ± 0,09 × 10 −24 [t] | π⁻ + n⁰ |
Sigma [38] | Σ ∗ + (1385) | u u s | 1382,8 ± 0,4 | 1 | 3/2 + | +1 | −1 | 0 | 0 | 1,84 ± 0,04 × 10 −23 [t] | Λ⁰ + π + eller Σ + + π⁰ eller Σ⁰ + π + |
Sigma [38] | Σ ∗ 0 (1385) | u d s | 1383,7 ± 1,0 | 1 | 3/2 + | 0 | −1 | 0 | 0 | 1,8 ± 0,3 × 10 −23 [t] | Λ⁰ + π⁰ eller Σ + + π⁻ eller Σ⁰ + π⁰ |
Sigma [38] | Σ ∗ ⁻ (1385) | d d s | 1387,2 ± 0,5 | 1 | 3/2 + | −1 | −1 | 0 | 0 | 1,67 ± 0,09 × 10 −23 [t] | Λ⁰ + π⁻ eller Σ⁰ + π⁻ eller Σ⁻ + π⁰ |
Sigma sjarmert [39] | Σ ∗ ++ c (2520) | u u c | 2518,4 ± 0,6 | 1 | 3/2 + | +2 | 0 | +1 | 0 | 4,4 ± 0,6 × 10 −23 [t] | Λ + c + π + |
Sigma sjarmert [39] | Σ ∗ + c (2520) | u d c | 2517,5 ± 2,3 | 1 | 3/2 + | +1 | 0 | +1 | 0 | > 3,9 × 10 −23 [t] | Λ + c + π⁰ |
Sigma sjarmert [39] | Σ ∗ ⁰ c (2520) | d d c | 2518,0 ± 0,5 | 1 | 3/2 + | 0 | 0 | +1 | 0 | 4,1 ± 0,5 × 10 −23 [t] | Λ + c + π⁻ |
Sigma-bunn [40] | Σ ∗ + b | u u b | 5829,0 ± 3,4 | 1 | 3/2 + | +1 | 0 | 0 | −1 | Ukjent | Λ⁰ b + π + |
Sigma bunn † | Σ ∗ ⁰ b | u d b | Ukjent | 1 | 3/2 + | 0 | 0 | 0 | −1 | Ukjent | Ukjent |
Sigma-bunn [40] | Σ ∗ ⁻ b | d d b | 5836,4 ± 2,8 | 1 | 3/2 + | −1 | 0 | 0 | −1 | Ukjent | Λ⁰ b + π⁻ |
Xi [41] | Ξ ∗ 0 (1530) | du er s | 1531,80 ± 0,32 | 1/2 | 3/2 + | 0 | −2 | 0 | 0 | 7,2 ± 0,4 × 10 −23 [t] | Ξ⁰ + π⁰ eller Ξ⁻ + π + |
Xi [41] | Ξ ∗ ⁻ (1530) | d s s | 1535,0 ± 0,6 | 1/2 | 3/2 + | −1 | −2 | 0 | 0 | 6,7 +1,1 × 10 −23 6,7 −1,2 × 10 −23 [t] |
Ξ⁰ + π⁻ eller Ξ⁻ + π⁰ |
Xi sjarmert [42] | Ξ ∗ + c (2645) | du er c | 2646,6 ± 1,4 | 1/2 | 3/2 + | +1 | −1 | +1 | 0 | 2,1 × 10 −22 [t] | Ξ + c + π⁰ (observert) |
Xi sjarmert [42] | Ξ ∗ 0 c (2645) | d s c | 2646,1 ± 1,2 | 1/2 | 3/2 + | 0 | −1 | +1 | 0 | > 1,2 × 10 −22 [t] | Ξ + c + π⁻ (observert) |
Xi dobbel sjarmert † | Ξ ∗ ++ cc | u c c | Ukjent | 1/2 | 3/2 + | +2 | 0 | +2 | 0 | Ukjent | Ukjent |
Xi dobbel sjarmert † | Ξ ∗ + cc | d c c | Ukjent | 1/2 | 3/2 + | +1 | 0 | +2 | 0 | Ukjent | Ukjent |
Xi bunn [43] | Ξ ∗ 0 b | du er b | 5945,0 ± 2,8 | 1/2 | 3/2 + | 0 | −1 | 0 | −1 | Ukjent | Ξ⁻ b + π + eller Ξ + b + π- |
Xi bunn † | Ξ ∗ ⁻ b | d s b | Ukjent | 1/2 | 3/2 + | −1 | −1 | 0 | −1 | Ukjent | Ukjent |
Xi dobbel bunn † | Ξ ∗ 0 bb | u b b | Ukjent | 1/2 | 3/2 + | 0 | 0 | 0 | −2 | Ukjent | Ukjent |
Xi dobbel bunn † | Ξ ∗ ⁻ bb | d b b | Ukjent | 1/2 | 3/2 + | −1 | 0 | 0 | −2 | Ukjent | Ukjent |
Xi bunnen sjarmert † | Ξ ∗ + cb | u c b | Ukjent | 1/2 | 3/2 + | +1 | 0 | +1 | −1 | Ukjent | Ukjent |
Xi bunnen sjarmert † | Ξ ∗ 0 cb | d c b | Ukjent | 1/2 | 3/2 + | 0 | 0 | +1 | −1 | Ukjent | Ukjent |
Omega [44] | Ω⁻ | s s s | 1672,45 ± 0,29 | 0 | 3/2 + | −1 | −3 | 0 | 0 | 8,21 ± 0,11 × 10 −11 [t] | Λ⁰ + K⁻ eller Ξ⁰ + π⁻ eller Ξ⁻ + π⁰ |
Omega sjarmert [45] | Ω ∗ 0 c (2770) | s s c | 2768,3 ± 1,5 | 0 | 3/2 + | 0 | −2 | +1 | 0 | Ukjent | Ω⁰ c + γ |
Omega bunn † | Ω ∗ ⁻ b | s s b | Ukjent | 0 | 3/2 + | −1 | −2 | 0 | −1 | Ukjent | Ukjent |
Omega dobbel sjarmert † | Ω ∗ + cc | s c c | Ukjent | 0 | 3/2 + | +1 | −1 | +2 | 0 | Ukjent | Ukjent |
Omega bunn sjarmert † | Ω ∗ 0 cb | s c b | Ukjent | 0 | 3/2 + | 0 | −1 | +1 | −1 | Ukjent | Ukjent |
Omega dobbel bunn † | Ω ∗ ⁻ bb | s b b | Ukjent | 0 | 3 + | −1 | −1 | 0 | −2 | Ukjent | Ukjent |
Triple Charmed Omega † | Ω ++ ccc | c c c | Ukjent | 0 | 3/2 + | +2 | 0 | +3 | 0 | Ukjent | Ukjent |
Dobbel sjarmert omega barion † | Ω ∗ + ccb | c c b | Ukjent | 0 | 3/2 + | +1 | 0 | +2 | −1 | Ukjent | Ukjent |
Dobbelbunn sjarmert omega baryon † | Ω ∗ 0 cbb | c b b | Ukjent | 0 | 3/2 + | 0 | 0 | +1 | −2 | Ukjent | Ukjent |
Trippelbunn omega † | Ω⁻ bbb | b b b | Ukjent | 0 | 3/2 + | −1 | 0 | 0 | −3 | Ukjent | Ukjent |
† Partikkel ennå ikke observert.
[h] PDG rapporterer resonansbredden (Γ). Her er i stedet konverteringen τ = ħ / Γ gitt.