Барыён

Барыёны (ад грэч. βαρύς — цяжкі) — сямейства элементарных часціц, якія моцна ўзаемадзейнічаюць^[1] ферміёны^[2] і складаюцца з трох кваркаў (мяркуецца, але не даказана існаванне барыёнаў з 5 і большай колькасці кваркаў, гл. пентакварк). Барыёны разам з мезонамі (апошнія складаюцца з цотнай колькасці кваркаў) складаюць групу элементарных часціц, якія ўдзельнічаюць у моцным узаемадзеянні і завуцца адронамі.

Да асноўных барыёнаў адносяцца (па меры ўзрастання масы): пратон, нейтрон, лямбда-гіперон, сігма-гіперон, ксі-гіперон, амега-гіперон. Маса амега-гіперона (3278 мас электрона) амаль у 1,8 разы большая за масу пратона.

Кароткі агляд розных сямействаў элементарных і састаўных часціц, і тэорыі, якія апісваюць іх узаемадзеянні. Ферміёны злева, базоны справа. (на пункты на карцінцы можна націскаць)

Класіфікацыя барыёнаў

Найбольш стабільнымі барыёнамі з'яўляюцца пратон (самы лёгкі з барыёнаў) і нейтрон (разам яны складаюць групу нуклонаў). Першы з іх, наколькі гэта сёння вядома, стабільны, з другім з часам жыцця, блізкім да 1000 с, адбываецца бэта-распад. Цяжэйшыя барыёны распадаюцца за час ад 10^-23 да 10^-10 с.

Нуклоны маюць кваркавы састаў uud (пратон) і udd (нейтрон). Іх спін роўны 1/2, дзіўнасць нулявая. Маса блізкая да 940 МэВ. Разам са сваімі кароткажывучы ўзбуджанымі станамі нуклоны адносяцца да групы N-барыёнаў.

Барыёны, якія змяшчаюць прынамсі адзін дзіўны кварк (але не змяшчаюць цяжэйшых кваркаў), завуцца гіперонамі.

У сямействе барыёнаў, акрамя нуклонаў, вылучаюць групы Δ-, Λ-, Σ-, Ξ- і Ω-барыёнаў.

• Δ-барыёны (Δ⁺⁺, Δ⁺, Δ⁰, Δ⁻), як і нуклоны, складаюцца з u- і d-кваркаў, але, у адрозненне ад нуклонаў, іх спін роўны 3/2. Распадаюцца яны галоўным чынам на нуклон і піён. Час жыцця Δ-барыёнаў блізкі да 10⁻²³ с.

• Λ-барыёны (Λ⁰) — нейтральныя (але не сапраўдна нейтральныя) часціцы са спінам 1/2 і дзіўнасцю -1 (гэта значыць іх можна зваць Λ-гіперонамі), якія складаюцца з u-, d- і s-кварка. У іх u- і d-кваркі знаходзяцца ў сінглетным па ізаспіне стане (I=0). Маса 1117 МэВ. Распадаюцца пераважна на пратон і адмоўны піён або на нейтрон і нейтральны піён з часам жыцця 2,6×10⁻¹⁰ с. Адкрыты таксама цяжкія Λ-барыёны (Λ⁺_c і Λ⁰_b), у якіх дзіўны кварк заменены зачараваным (c-кваркам) або прыгожым (b-кваркам).

• Σ-барыёны (Σ⁺, Σ⁰, Σ⁻) маюць спін 1/2, дзіўнасць -1. Як і Λ-барыён, складаюцца з u-, d- і s-кварка, але трыплетны па ізаспіне (I=1). Нейтральны Σ⁰-барыён мае той жа кваркавы састаў, што і Λ⁰-барыён (uds), але цяжэйшы, у сувязі з гэтым ён вельмі хутка распадаецца ў Λ⁰ з вылетам фатона (час жыцця складае толькі 6×10^-20 с, паколькі распад адбываецца за кошт электрамагнітнага ўзаемадзеяння). Σ⁺ (uus) і Σ⁻ (dds) распадаюцца за прыкладна 10^-10 с на піён і нуклон. Варта адзначыць, што Σ⁺ і Σ⁻ не з'яўляюцца часціцай і антычасцінай — гэта самастойныя часціцы, кожная з іх (як, дарэчы, і Σ⁰) мае сваю антычасціну. Масы Σ-гіперонаў складаюць каля 1200 МэВ. Выяўлены таксама цяжкія Σ-барыёны, якія не з'яўляюцца гіперонамі (гэта значыць змяшчаюць замест s-кварка цяжэйшы кварк).

• Ξ-барыёны (Ξ⁰ і Ξ⁻) маюць спін 1/2, дзіўнасць −2. Яны ўтрымліваюць па два дзіўныя кваркі; кваркавы састаў uss (Ξ⁰) і dss (Ξ⁻). Іх маса блізкая да 1,3 ГэВ. Распадаюцца (з часам жыцця каля 10⁻¹⁰ с) на піён і Λ⁰-гіперон. Існуюць цяжкія Ξ-барыёны, якія не з'яўляюцца гіперонамі (адзін з дзіўных кваркаў заменены c- або b-кваркам).

• Ω-барыёны (існуе толькі адзін тып гэтых часціц, Ω⁻-гіперон) маюць спін 3/2 і дзіўнасць −3, складаюцца з 3 дзіўных кваркаў (sss). Маса часціцы 1,672 ГэВ. Пераважныя моды распаду — на Λ⁰-гіперон і адмоўны каон ці на Ξ⁰ і адмоўны піён (час жыцця каля 10⁻¹⁰ с). Адкрыты некаторыя цяжкія Ω-барыёны, якія адрозніваюцца заменай аднаго з s-кваркаў на цяжкі кварк.

Дэкуплет барыёнаў са спінам 3/2

Актэт барыёнаў са спінам 1/2

Існуе таксама шырокі спектр кароткажывучых узбуджаных станаў гэтых барыёнаў.

Большасць лёгкіх барыёнаў у асноўным стане распадаюцца за кошт слабога ўзаемадзеяння, таму іх час жыцця адносна вялікі (выключэнне складае, як было адзначана вышэй, Σ⁰-гіперон).

Лёгкія барыёны (гіпероны, Δ-барыёны і нуклоны) у залежнасці ад спіна ўваходзяць у склад аднаго з двух мультыплетаў: дэкуплета са спінам 3/2 (Δ-барыёны, Ω-гіпероны і ўзбуджаныя станы Σ- і Ξ-гіперонаў) і актэта са спінам 1/2 (нуклоны, Σ-, Λ- і Ξ-гіпероны).

Барыённая матэрыя

Сюды перасылаецца запыт «Барыённая матэрыя». На гэту тэму патрэбны асобны артыкул.

Барыённая матэрыя — матэрыя, якая складаецца з барыёнаў (нейтронаў, пратонаў) і электронаў. Гэта значыць, звыклая форма матэрыі, рэчыва.
Існуе таксама барыённая антыматэрыя, ці антырэчыва.

Барыённы лік

Барыёны падпарадкоўваюцца эмпірычна ўсталяванаму закону захавання барыённага ліку: у замкнёнай сістэме велічыня, роўная рознасці колькасці барыёнаў і колькасці антыбарыёнаў, захоўваецца. Гэта велічыня завецца барыённым лікам. Прычыны захавання барыённага ліку пакуль невядомыя (ва ўсякім разе, з ім не звязана якое-небудзь калібравальнае поле, як з электрычным зарадам), аднак у шматлікіх варыянтах сучасных (пакуль не пацверджаных) тэорый, якія пашыраюць Стандартную Мадэль, гэты закон можа парушацца. Калі барыённы лік не захоўваецца, то пратон (самы лёгкі з барыёнаў) можа распадацца; аднак пакуль распад пратона не выяўлены — усталявана толькі ніжняе абмежаванне на час жыцця пратона (ад 10²⁹ да 10³³ гадоў, у залежнасці ад канала распаду). Прадказваюцца і іншыя працэсы, якія не захоўваюць барыённы лік, напрыклад, нейтрон-антынейтронныя асцыляцыі.

Гл. таксама

• Спіс барыёнаў
• Гіпероны

Зноскі

1. Барион — Научно-технический энциклопедический словарь
2. Барионы — Астронет