Hadrón

En física de partículas, un hadrón é unha partícula composta feita por mínimo 2 quarks unidos pola forza nuclear forte. Serían o análogo as moléculas na interacción electromagnética. A inmensa maiora da masa da materia ordinaria provén de dous hadróns, o protón e o neutrón. Non obstante, as masas dos hadróns non se corresponde coa suma das masas dos quarks que os compoñen, senón da enerxía de ligadura debida a interacción forte.

Os hadróns están categorizados principalmente en dúas familias: barións, formados por un número impar de quarks (generalmente por 3), e mesóns, feitos por un número par de quarks (generalmente por dous: un quark e un antiquark). Protóns e neutróns son exemplos de barións, mentres que os pións son exemplo de mesón. A parte de estados de 2 e 3 quarks, a interacción forte permite estados ligados de máis quarks. Estes estados coñecidos como "hadróns exóticos" e o seu descubrimento e estudo son dos temas do momento na física de partículas. Exemplos de hadróns exóticos teriamos o , un estado formado por 4 quarks (tetraquark) descuberto en 2007 pola colaboración Belle e confirmado como resonancia en 2014 pola colaboración LHCb, e os  e , dous estados formados por 5 quarks (pentaquarks), ambos os dous descubertos pola colaboración LHCb en 2015

Está establecido que practicamente todos os hadróns e antihadróns "libres" (enténdese por libre o que non está ligado en núcleos atómicos) son inestables e acabarán desintegrándose co tempo. A única posible excepción son os protóns libres, que aparentemente son estables ou, polo menos, tómalle un montón de tempo para se desintegraren (en certas teorías estímase a orde de  anos). En comparación, os neutróns libres son as partículas inestables máis lonxevas cunha vida media de 879 segundos.

A física de hadróns é estudada maioritariamente en colisores de hadróns, por exemplo de protóns, ou en colisores de ións pesados como chumbo (Pb) ou ouro (Au). O estudo realízase mediante a detección das partículas producidas polas interaccións da colisión. Un proceso semellante ocorre no medio ambiente nas capas máis externas da atmosfera, onde mesóns como os pións son producidos en colisións de raios cósmicos con partículas da atmosfera exterior.

Propiedades
dereita|miniatura|upright| Todos os typos de hadróns que teñen unha carga de cor total nula (ensínanse tres exemplos).|alt=Unha frecha verde e unha maxenta ("antiverde") cancelándose resultando en branco, representando un mesón; unha frecha vermella, unha verde, e unha azul cancelándose resultando en branco, representando un barión; unha frecha amarela ("antiazul"), unha maxenta, e unha cián ("antivermella") cancelándose resultando en branco, representando un antibarión. 

De acordo co modelo de quarks, as propiedades dos hadróns están principalmente determinadas polos seus "quarks de valencia". Por exemplo, o protón esta composto de dous quarks arriba (cada un cunha carga eléctrica de  sendo  a carga do electrón) e un quark abaixo (cunha carga eléctrica de  ). Sumando todo chégase a carga +1 do protón. Aínda que os quarks tamén teñen carga de cor, os hadróns teñen que ter unha carga de cor total nula debido a un fenómeno chamado confinamento de cor. É dicir, os hadróns teñen que ser "incoloros" ou "brancos". A forma máis sinxela de que isto ocorra é cando xuntamos un quark dunha cor cun antiquark coa súa correspondente anticor, ou xuntando tres quarks de diferentes cores. Os hadrón no primeiro caso son de tipo mesón, mentres que os do segundo caso son de tipo barión.

Como todas as partículas subatómicas, os hadróns teñen asignados números cuánticos correspondentes a súa representación no grupo de Poincaré  onde  é o número cuántico de spin,  a paridade intrínseca,  a conxugación de carga, e  a masa da partícula. Obsérvese que a masa do hadrón, máis que polos quarks que o compoñen, provén da enerxía asociada á interacción forte grazas ó principio de equivalencia masa-enerxía. Os hadróns ademais teñen números cuánticos de sabor como o isospín ou a estrañeza. Todos os quarks teñen un número cúantico conservado chamado número bariónico , que é +1/3 para os quarks e -1/3 para os antiquarks. Isto implica que os barións teñen  e os mesóns .

Un estado ligado de quarks, como calquera estado ligado cuántico, ten estados excitados. Por exemplo, para unha combinación dun quark e un antiquark dados, pode existir unha familia de hadróns que difiren nos seus valores de . No caso do hadróns formados por quarks pesados (quark encantado en quark fondo) é común a descrición espectroscópica dos estados formados polos mesmos quarks, definíndose un estado fundamental e os seus estados excitados. Estes estados excitados decaen rapidamente a estados menos excitados, ata chegar ó estado fundamental, mediante desintegracións radioactivas (por emisión de fotóns) ou por desintegracións mediadas pola forza nuclear forte.

En certas fases da materia os hadróns poden desaparecer. Por exemplo, a temperaturas e presións elevadas, a teoría da cromodinámica cuántica (QCD) predí que os quarks e os gluóns non estarán confinados en hadróns, sendo parcialmente explicado pola liberdade asintótica. Todos os hadróns libre excepto o protón e o antiprotón son inestables.

Notas


Categoría:Física de partículas
Categoría:Partículas subatómicas