Barione

Il barione è una particella subatomica non elementare costituita da un numero dispari (almeno 3) di quark di valenza. In quanto composti da quark i barioni appartengono alla famiglia degli adroni e prendono parte all'interazione forte. Avendo spin semintero sono fermioni.

Il termine barione fu proposto da Abraham Pais e deriva dal greco βαρύς (barýs), che significa "pesante", trattandosi di particelle con massa maggiore rispetto a quelle fino ad allora conosciute. I barioni più noti sono il protone e il neutrone, entrambi formati da tre quark, che costituiscono la maggior parte della massa visibile nell'universo e compongono il nucleo di tutti gli atomi.

Un censimento dei barioni dell'universo indica che il 10% può essere trovato dentro le galassie, dal 50 al 60% nel mezzo circumgalattico, e il restante 30 o 40% nel mezzo intergalattico tiepido-caldo (WHIM).

Acquisizioni più recenti In data 22 dicembre 2006 sono stati scoperti due nuovi barioni, chiamati "Sigma-secondarie-b". Uno dei nuovi barioni scoperti dall'esperimento è formato da due quark up e da uno bottom, l'altro da due quark down e da un bottom. Le due nuove particelle subatomiche sono state individuate da un gruppo di ricerca americano coordinato da Petar Maksimovic della Scuola di arti e Scienze Krieger.

Per un certo tempo si è ritenuto che alcuni esperimenti mostrassero l'esistenza di pentaquark, barioni "esotici" costituiti da quattro quark e un antiquarkH. Muir (2003)K. Carter (2003) (vedi paragrafo successivo).

Nel 2014, nell'ambito dell'esperimento LHCb al LHC, sono state scoperte le due particelle di natura barionica Xi_b'-, Xi_b*-<Due nuove particelle da Lhc | Wired Italia

Aspetti generali Essendo fermioni, i barioni sono descritti dalla statistica di Fermi-Dirac, che si applica a tutte le particelle che obbediscono al principio di esclusione di Pauli.

I quark hanno numero barionico B =  mentre per gli antiquark B = −. Il termine barione solitamente si riferisce ai "triquark", ovvero quei barioni composti da tre quark (B =  +  +  = 1). Ogni barione ha un'antiparticella formata dagli antiquark corrispondenti; per esempio, un protone è costituito di due quark up e un quark down, mentre l'antiprotone, è costituito di due antiquark up e un antiquark down.

Sono stati proposti barioni esotici, come il pentaquark, formato da quattro quark e un antiquark (B =  +  +  +  −  = 1), ma la loro esistenza non è generalmente accettata. In particolare, nel 2006W.-M. Yao et al. (2006): Particle listings – Θ+ e nel 2008C. Amsler et al. (2008): Pentaquarks la comunità dei fisici delle particelle si esprimeva in modo predominante contro la loro esistenza. Tuttavia nel luglio 2015 l'esperimento LHCb osservò due risonanze compatibili con stati di pentaquark nel decadimento Λ → J/ψKp, con una significatività statistica combinata di 15 σ.

In teoria, potrebbero esistere anche gli eptaquark (5 quark, 2 antiquark), i nonaquark (6 quark, 3 antiquark), ecc.

Proprietà

Lista dei barioni Queste liste espongono tutti i barioni noti e quelli previsti teoricamente con momento angolare totale J = 1/2 e nelle configurazioni di J = 3/2 con parità positiva. Le antiparticelle non sono elencate nelle tabelle, tuttavia si possono ottenere semplicemente scambiando tutti i quark con antiquark (e gli antiquark con quark), e rendendo Q, B, S, C, B′ di segno opposto.

I barioni composti da un tipo di quark (uuu, ddd, ...) possono esistere in configurazione J = , mentre J =  è proibito dal principio di esclusione di Pauli. I barioni composti da due tipi di quark (uud, uus, ...) possono esistere sia in configurazione J =  sia in J = . I barioni composti da tre tipi di quark (uds, udc, ...) possono esistere sia in configurazione J =  sia in J = . Per questi barioni sono possibili due configurazioni con J = .

I simboli utilizzati sono: I (isospin), J (operatore momento angolare totale), P (parità), u (quark up), d (quark down), s (quark strange), c (quark charm), b (quark bottom), Q (carica), B (numero barionico), S (stranezza), C (charm), B′ (bottomness).

Le particelle con il simbolo † accanto al nome sono previste dal modello standard ma non ancora osservate. I valori segnati in rosso non sono ancora stati stabiliti tramite gli esperimenti, ma sono previsti dal modello a quark e sono coerenti con le misure.C. Amsler et al. (2008): Particle summary tables – BaryonsJ.G. Körner et al. (1994)J. Beringer et al. (2012) and 2013 partial update for the 2014 edition: Particle summary tables – Baryons

JP = barioni 1/2+ +JP = barioni 1/2+Nome della particella SimboloQuarkcontenuti Massa a riposo (MeV/c2)IJPQ (e)SCB' vita media (s)Comunemente decade in nucleone/protoneC. Amsler et al. (2008): Particle listings – p+ p / p+ / N+ uud 938,272 029 ± 0,000080 [a] 1/2 1/2+ +1 0 0 0 Stabile Inosservati nucleone/neutroneC. Amsler et al. (2008): Particle listings – n⁰ n / n⁰ / N⁰ udd 939,565 360±0,000 081 [a] 1/2 1/2+ 0 0 0 0 8,857 ± 0,008×102 [c]p+ + e⁻ + LambdaC. Amsler et al. (2008): Particle listings – Λ Λ⁰ uds 1115,683 ± 0,006 0 1/2+ 0 −1 0 0 2,631 ± 0,020×10−10 p+ + π⁻ o n⁰ + π⁰ Lambda charmedC. Amsler et al. (2008): Particle listings – Λ+c Λ+c udc 2286,46 ± 0,14 0 1/2+ +1 0 +1 0 2,00 ± 0,06×10−13 Vedi modi di decadimento di Λ+c Lambda bottomC. Amsler et al. (2008): Particle listings – Λ⁰b Λ⁰b udb 5620,2 ± 1,6 0 1/2+ 0 0 0 −1 1,409 +0,055×10−121,409−0,054×10−12 Vedi modi di decadimento di Λ⁰b SigmaC. Amsler et al. (2008): Particle listings – Σ+ Σ+ uus 1189,37 ± 0,07 1 1/2+ +1 −1 0 0 8,018 ± 0,026×10−11 p+ + π⁰ on⁰ + π+ SigmaC. Amsler et al. (2008): Particle listings – Σ⁰ Σ⁰ uds 1192,642 ± 0,024 1 1/2+ 0 −1 0 0 7,4 ± 0,7×10−20 Λ⁰ + γ SigmaC. Amsler et al. (2008): Particle listings – Σ⁻} Σ⁻ dds 1197,449 ± 0,030 1 1/2+ −1 −1 0 0 1,479 ±0,011×10−10n⁰ + π⁻ Sigma charmedC. Amsler et al. (2008): Particle listings – Σ++c(2455) Σ++c(2455) uuc 2454,02 ± 0,18 1 1/2+ +2 0 +1 0 3,0 ± 0,4×10−22 [d] Λ+c + π+ Sigma charmed Σ+c(2455) udc 2452,9 ± 0,4 1 1/2+ +1 0 +1 0 >1,4×10−22 [d] Λ+c + π⁰ Sigma charmed Σ⁰c(2455) ddc 2453,76 ± 0,18 1 1/2+ 0 0 +1 0 3,0 ± 0,5×10−22 [d] Λ+c + π⁻ Sigma bottomC. Amsler et al. (2008): Particle listings – Σ+b(? e)Σ+b(? [e]) uub 5807,8 ± 2,7 1 1/2+ +1 0 0 −1 Sconosciuta Λ⁰b + π+ Sigma bottom † Σ⁰b(? [e]) udb Sconosciuta 1 1/2+ 0 0 0 −1 Sconosciuta Sconosciuti Sigma bottom Σ⁻b(? [e]) ddb 5815,2 ± 2,0 1 1/2+ −1 0 0 −1 SconosciutaΛ⁰b + π⁻ XiC. Amsler et al. (2008): Particle listings – Ξ⁰ Ξ⁰ uss 1314,86 ± 0,20 1/2 1/2+ 0 −2 0 0 2,90 ± 0,09×10−10 Λ⁰ + π⁰ XiC. Amsler et al. (2008): Particle listings – Ξ⁻ Ξ⁻ dss 1321,71 ± 0,07 1/2 1/2+ −1 −2 0 0 1,639 ± 0,015×10−10 Λ⁰ + π⁻ Xi charmedC. Amsler et al. (2008): Particle listings – Ξ+c Ξ+c usc 2467,9 ± 0,4 1/2 1/2+ +1 −1 +1 0 4,42 ± 0,26×10−13 Vedi modi di decadimento di Ξ+c Xi charmedC. Amsler et al. (2008): Particle listings – Ξ⁰c Ξ⁰c dsc 2471,0 ± 0,4 1/2 1/2+ 0 −1 +1 0 1,12 +0,13×10−131,12 −0,10×10−13 Vedi modi di decadimento di Ξ⁰c Xi charmed primoC. Amsler et al. (2008): Particle listings – Ξ′+c Ξ′+c usc 2575,7 ± 3,1 1/2 1/2+ +1 −1 +1 0 Sconosciuta Ξ+c + γ (osservati) Xi charmed primoC. Amsler et al. (2008): Particle listings – Ξ′⁰c Ξ′⁰c dsc 2578,0 ± 2,9 1/2 1/2}+ +1 −1 +1 0 Sconosciuta Ξ⁰c + γ (osservati) Xi doppio charmed [f] Ξ++cc ucc 3621,40 ± 0,72 ± 0,27 ± 0,14 1/2 1/2+ +2 0 +2 0 Sconosciuta Λ+c + K⁻ + π+ + π+ Xi doppio charmed [f]C. Amsler et al. (2008): Particle listings – Ξ+cc Ξ+cc dcc 3518,9 ± 0,9 [f] 1/2 1/2+ +1 0 +2 0 < 3,3×10−14 [f] Λ+c + K⁻ + π+ [f] o p+ + D+ + K⁻ [f] Xi bottomC. Amsler et al. (2008): Particle listings – Ξ⁰b(o Cascata B) Ξ⁰b usb Sconosciuta 1/2 1/2+ 0 −1 0 −1 1,42 + 0,28 ×10−12 1,42 −0,24 ×10−12 [g] Vedi modi di decadimento di Ξ⁰b Xi bottom(o Cascata B) Ξ⁻b dsb 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] Vedi modi di decadimento di Ξ⁻b(furono osservati anche Ξ⁻ + J/ψ) Xi bottom primo† Ξ′⁰b usb Sconosciuta 0 1/2+ 0 −1 0 −1 Sconosciuta Sconosciuti Xi bottom primo † Ξ′⁻b dsb Sconosciuta 0 1/2+ 0 −1 0 −1 Sconosciuta Sconosciuti Xi doppio bottom † Ξ⁰bb ubb Sconosciuta 1/2 1/2+ 0 0 0 −2 Sconosciuta Sconosciuti Xi doppio bottom † Ξ⁻bb dbb Sconosciuta 1/2 1/2+ −1 0 0 −2 Sconosciuta Sconosciuti Xi bottom charmed † Ξ+cb ucb Sconosciuti 1/2 1/2+ +1 0 +1 −1 Sconosciuta Sconosciuti Xi bottom charmed † Ξ⁰cb dcb Sconosciuta 1/2 1/2+ 0 0 +1 −1 Sconosciuta Sconosciuti Xi bottom charmed primo† Ξ′+cb ucb Sconosciuta 0 1/2+ +1 0 +1 −1 Sconosciuta Sconosciuti Xi bottom charmed primo†Ξ′⁰cb dcb Sconosciuta 0 1/2+ +1 0 +1 −1 Sconosciuta Sconosciuti Omega charmedC. Amsler et al. (2008): Particle listings – Ω⁰c Ω⁰c ssc 2697,5 ± 2,6 0 1/2+ 0 −2 +1 0 6,9 ± 1,2×10−14 Vedi modi di decadimento di Ω⁰c Omega bottomC. Amsler et al. (2008): Particle listings – Ω⁻b Ω⁻b ssb 6165 ± 23 0 1/2+ −1 −2 0 −1 1,13 + 0,55 ×10−121,13 −0,42 ×10−12 (Ω⁻ + J/ψ osservati) Omega doppio charmed † Ω+cc scc Sconosciuta 0 1/2+ +1 −1 +2 0 Sconosciuta Sconosciuti Omega bottom charmed † Ω⁰cb scb Sconosciuta 0 1/2+ 0 −1 +1 −1 Sconosciuta Sconosciuti Omega bottom charmed primo† Ω′⁰cb scb Sconosciuta 0 1/2+ 0 −1 +1 −1 Sconosciuta Sconosciuti Omega doppio bottom † Ω⁻bb sbb Sconosciuta 0 1/2+ −1 −1 0 −2 Sconosciuta Sconosciuti Omega doppio bottom charmed † Ω+ccb ccb Sconosciuta 0 1/2+ +1 0 +2 −1 Sconosciuta Sconosciuti Omega doppio bottom charmed † Ω⁰cbb cbb Sconosciuta 0 1/2+ 0 0 +1 −2 Sconosciuta Sconosciuti † Particella non ancora osservata. [a] Le masse del protone e del neutrone sono conosciute con migliore precisione in unità atomiche (u) che in MeV/c², a causa del valore relativamente poco conosciuto della carica elementare. Nell'unità di massa atomica, la massa del protone è 1,007 276 466 88(13) u mentre quella del neutrone è 1,008 664 915 60(55) u. [b] Almeno 1035 anni. Vedi decadimento del protone. [c] Per i neutroni liberi; nella maggior parte dei nuclei, i neutroni sono stabili. [d] Il PDG riferisce la larghezza di risonanza (Γ). Qui invece viene data la conversione τ = ħ/Γ. [e] I valori specifici del nome non sono stati ancora decisi, ma potrebbero essere vicini a Σb(5810). [f] Esistono alcune controversie riguardo a questi dati. [g] Questa è in realtà una misura della vita media dei barioni B che decadono in un getto (jet) contenente una stessa coppia di segni Ξ∓l∓. Probabilmente la miscela (mix) è principalmente Ξb con qualche Λb.

JP = barioni 3/2 +