Hadron

’n Hadron is in deeltjiefisika ’n saamgestelde deeltjie wat uit twee of meer kwarke bestaan wat deur die sterk wisselwerking bymekaargehou word (op dieselfde manier as wat atome en molekules deur elektromagnetiese wisselwerking bymekaargehou word). Die grootste deel van die massa van gewone materie kom van twee hadrone, die proton en die neutron.

Hadrone word in twee families ingedeel:
 Barione soos protone en neutrone wat uit ’n onewe getal, gewoonlik drie, kwarke bestaan; en
 Mesone soos pione wat uit ’n ewe getal kwarke, gewoonlik ’n kwark en ’n antikwark, bestaan.

"Eksotiese" hadrone, wat uit meer as drie valensiekwarke bestaan, is in onlangse jare ontdek. ’n Tetrakwark, wat ’n eksotiese meson is, met die naam Z(4430)− is in 2007 deur die Belle-samewerking ontdek. Twee pentakwarke, wat eksotiese barione is, met die name  en  is in 2015 deur die LHCb-samewerking ontdek. Daar is verskeie ander kandidate vir eksotiese hadrone.

Byna alle "vrye" hadrone en antihadrone (dus in isolasie en nie in ’n atoomkern gebonde nie) is vermoedelik onstabiel en sal eindelik in ander deeltjies verval. Die enigste bekende uitsondering hou verband met vrye protone, wat moontlik stabiel is, of ten minste ’n uiters lang tyd vat om te verval (om en by 1034+ jaar). Vrye neutrone is onstabiel en verval met ’n halveertyd van sowat 611 sekondes. Hul onderskeie antideeltjies sal waarskynlik dieselfde patroon volg, maar hulle is moeilik om te bestudeer omdat hulle onmiddellik tot niet gaan wanneer hulle met gewone materie in aanraking kom. Gebonde protone en neutrone, wat in ’n atoomkern voorkom, word gewoonlik as stabiel beskou. Hadronfisika word eksperimenteel bestudeer deur protone of kerns van swaar elemente soos lood of goud te laat bots en die gevolglike stortreën van deeltjies waar te neem. In die omgewing word mesone soos pione geskep deur die botsings van kosmiese strale met die atmosfeer.

Eienskappe

Volgens die kwarkmodel word die eienskappe van hadrone hoofsaaklik bepaal deur hul sogenaamde valansiekwarke. ’n Proton bestaan byvoorbeeld uit twee opkwarke (elk met ’n elektriese lading +, vir ’n totale lading van +) en een afkwark (met ’n lading van -). Saam gee dit ’n protonlading van +1. Hoewel kwarke ook kleurladings het, moet hadrone ’n totale kleurlading van nul hê vanweë ’n verskynsel bekend as kleurinperking. Hadrone moet dus "kleurloos" of "wit" wees. Die eenvoudigste manier waarop dit kan gebeur, is met ’n kwark van een kleur en ’n antikwark van die ooreenstemmende kleur, of drie kwarke van verskillende kleure. (Sien voorbeelde links.) Hadrone met die eerste rangskikking is ’n soort meson en dié met die tweede rangskikking ’n soort barion.

Massalose virtuele gluone maak die grootste getal deeltjies in ’n hadron uit. Die krag van die sterkwisselwerking-gluone wat die kwarke saambind, het genoeg energie (E) om resonansies te hê wat uit massiewe (m) kwarke saamgestel is (E > mc2). Die resultaat is dat pare virtuele kwarke en antikwarke met ’n kort leeftyd deurentyd in ’n hadron vorm en weer verdwyn. Omdat die virtuele kwarke nie stabiele golfpakkies (kwanta) is nie, maar ’n onreëlmatige en kortstondige verskynsel, het dit nie betekenis om te vra watter kwark werklik is en watter een virtueel nie; net die klein oorskot is van buite sigbaar in die vorm van ’n hadron. Wanneer gesê word ’n hadron of antihadron bestaan uit (gewoonlik) twee of drie kwarke, verwys dit dus tegnies na die konstante oorskot van kwarke teenoor antikwarke.

Nes met alle subatomiese deeltjies word kwantumgetalle aan hadrone toegeken in ooreenstemming met die verteenwoordigers van die Poincaré-groep: JPC(m), waar J die spinkwantumgetal is, P die intrinsieke pariteit (of P-pariteit), C die ladingstoevoeging (of C-pariteit) en m die deeltjie se massa. ’n Mens moet daarop let dat die massa van die hadron baie min te doen het met die massa van sy valensiekwarke; die grootste deel van die massa kom van die groot hoeveelheid energie wat verbind word met die sterk wisselwerking. Hadrone kan ook geurkwantumgetalle hê, soos isospin (G-pariteit) en vreemdheid. Alle kwarke het ’n bykomende bewaarde kwantumgetal wat ’n bariongetal (B) genoem word – dit is + vir kwarke en - vir antikwarke. Dit beteken barione (wat bestaan uit drie, vyf of ’n groter onewe getal kwarke) het B = 1, terwyl mesone B = 0 het.

Hadrone het opgewekte toestande bekend as resonansies. Elke hadron in ’n grondtoestand kan verskeie opgewekte toestande hê; verskeie honderde resonansies is al in eksperimente gesien. Resonansies verval uiters vinnig (binne sowat 10-24 sekondes) deur die sterk kernkrag.

In ander fases van materie kan hadrone verdwyn. Die teorie kwantumchromodinamika voorspel byvoorbeeld dat kwarke en gluons by baie hoë temperature of hoë druk nie meer in hadrone gebonde sal wees nie tensy daar kwarke van genoeg geure is, "want die krag van die sterk wisselwerking neem af met energie". Hierdie eienskap, wat bekend is as asimptotiese vryheid, is in eksperimente bewys in die energiebereik tussen 1 GeV (gigaelektronvolt) en 1 TeV (teraelektronvolt).

Alle vrye hadrone, buiten (moontlik) die proton en antiproton, is onstabiel.

Barione

Barione is hadrone wat ’n onewe getal valensiekwarke bevat (minstens drie). Die meeste goed bekende barione, soos die proton en neutron, het drie valensiekwarke, maar pentakwarke met vyf kwarke is ook al ontdek; hulle het drie kwarke van verskillende kleure en ’n ekstra kwark-antikwark-paar. Omdat barione ’n onewe getal kwarke het, is hulle almal ook fermione; dit beteken hul spin word in halwe heelgetalle uitgedruk, byvoorbeeld  of . Omdat kwarke ’n bariongetal van B =  het, het barione ’n bariongetal van B = 1.

Elke barion het ’n ooreenstemmende antideeltjie (antibarion), waarin kwarke vervang word deur hul ooreenstemmende antikwarke. Nes ’n proton dus uit twee opkwarke en ’n afkwark bestaan, bestaan ’n antiproton uit twee op-antikwarke en ’n af-antikwark.

Mesone

Mesone is hadrone met ’n ewe getal valensiekwarke (minstens twee). Die meeste goed bekende mesone bestaan uit ’n kwark-antikwark-paar, maar moontlike tetrakwarke (vier kwarke) en heksakwarke (ses kwarke) is dalk al ontdek en word verder ondersoek. 

Omdat mesone ’n ewe getal kwarke het, is hulle ook almal bosone, met ’n heelgetalspin, bv. 0, 1 of -1. Hulle het bariongetal B =  −  = 0. Voorbeelde van mesone wat algemeen in eksperimente verkry word, sluit in pione en kaone.

Verwysings

Eksterne skakels 
 
  Hierdie artikel is vertaal uit die Engelse Wikipedia

Saamgestelde deeltjies