Хадрон

Хадрон |ἁδρός, ''адрос'', „крупен, дебел“) — сложена честичка која се состои од кваркови сврзани со силното заемодејство, како што молекулите се меѓусебно сврзани со електромагнетизмот. Поимот „хадрон“ прв го вовел рускиот теориски физичар Лав Окуњ на пленарната седница на Меѓународната конференција за високоенергетска физика во 1962 г.
Постојат две семејства хадрони: бариони (сочинети од три кварка) и мезони (сочинети од еден кварк и еден антикварк). Протонот и неутронот се примери за бариони, а пионот е примери за мезон. Во поново време се откриени хадрони со повеќе од три валентни кварка, наречени „егзотични хадрони“. Во 2007 г. е откриен тетракварк (егзотичен мезон) наречен Z(4430)<sup>−</sup> во соработниот опит „Бел“ и потврден како резонанца во 2014 г. во соработката LHCb. Во 2015 г. LHCb откриле два пентакварка (егзотични бариони), наречени и . Постојат уште неколку можни егзотични хадрони, а може да постојат и други кваркови бојно-синглетски комбинации.
Стабилни хадрони се протоните и неутроните врзани во атомското јадро. Останатите хадрони се нестабилни во вообичаени околности; слободните неутрони имаат полураспад од околу 611 секунди (малку над 10 минути). Хадроните опитно се изучуваат со судирање на протони или јадра на тешки елементи како оловото, и анализа на остатоците во честичното распрснување.
1 Својства
Според кварковиот модел, својствата на хадроните ги определуваат нивните т.н. ''валентни кваркови''. На пример, еден протон се состои од два горни кварка (секој со ел. полнеж од +, вкупно +) и еден долен кварк (со ел. полнеж од −). Кога ќе се соберат, протонот има полнеж од +1. Иако кварковите имаат и боен полнеж, хадроните мораат да имаат вкупен боен полнеж од нула поради појавата наречена заробеност. Затоа, хадроните мора да бидат „безбојни“ или „бели“. Можат да бидат во два распореда: три кварка со разни бои, или кварк со една боја и антикварк со соодветната антибоја. Во првиот случај (распоред), тоа се барион, а во вториот се работи за мезон.
Меѓутоа, хадроните не се сочинети само од три или двакварка поради јачината на јаката сила. Поточно изразено, глуоните при јака сила имаат доволно енергија (''E'') за резонанциите да им се составени од масивни (''m'') кваркови (''E > mc<sup>2</sup>'') . Затоа, најголемиот дел од масивните честички во хадронот се виртуелни кваркови и антикваркови во подеднаков сооднос. Двата или трите кварка што го сочинуваат хадронот впрочем се вишокот од сопоставката на кварковите со антикварковите, а таков е случајот и со антихадроните (античестички). Бидејќи виртуелните кваркови не се стабилни бранови пакети (кванти), туку нередовни и минливи појави, безмислено е прашањето кој кварк е вистински а кој е виртуелен — надворешно видлив е само вишокот, во облик на хадрон. Мнозинството честички во хадронот се безамесени витруелни глуони.
Како и сите субатомски честички, хадроните имааат квантни броеви што одговараат на претставите на Поанкареова група: ''J<sup>PC</sup>''(''m''), каде ''J'' е спиновиот квантен број, ''P'' самосвојствената парност (P-парност), ''C''е полнежниот спој (C-парност), а ''m'' е масата на честичката. Треба да се напомене дека нема значајна врска помеѓу масата на хадронот и масата на неговите валентни кваркови; таа се должи на еднаквоста на масата и енергијата, најголемиот дел од масата доаѓа од големото количество на енергија присутно во силното заемодејство. Хадроните можат да имаат и вкусовни квантни броеви како изоспин (G-парност) и чудност. Сите кваркови имаат собирочен запазен квантен број наречен барионски број (''B''), кој е + кај кварковите и − кај антикварковите. Ова значи дека барионите (склоповите од три кварка) имаат ''B'' = 1, додека пак мезоните имаат ''B'' = 0.
Хадроните имаат возбудени состојби наречени резонанции. Секој хадрон во основна состојба може да има неколку возбудени состојби. Опитно се утврдени неколку стотини резонанции. Резонанциите се распаѓаат исклучително бргу (за 10<sup>−24</sup> секунди) поради јаката јадрена сила.
Во други фази на материјата, хадроните може да исчезнат. На пример, при многу висока температура и притисок, доколку нема доволно многу вкусови на кваркови, теоријата на квантната хромодинамика вели дека кварковите и глуоните престануваат да бидат заробени во хадрони, „поради тоа што јачината на силното заемодејство се намалува со зголемувањето на енергијата“. Ова својство, познато како асимптотна слобода, е опитно потврдено во енергетскиот појас од 1 GeV (гигаелектронволт) до 1 TeV (тераелектронволт).
Секој слободен хадрон освен протонот (и антипротонот) е нестабилен.
2 Бариони
Сите познати бариони се сочинети од три валентни кваркови, што значи дека се фермиони, т.е. имаат непарен полуцелоброен спин бидејќи имаат напарен број на кваркови. Како што кварковите имаат барионски број ''B'' = , барионите имаат барионски број ''B'' = 1. Најпознати бариони се протон and the неутрон.
Се претполага дека може да постојат бариони со повеќе парови кварк-антикварк. Хипотетичките бариони со по уште еден парк (вкупно 5 кварка) се наречени пентакваркови. Досега се познати два пентакварка: и , откриени во 2015 г. во соработката на LHCb.
Секој вид барион има своја античестичка (антибарион), сочинета од соодветните антикваркови. На пример, како што протонот е составен од два горни и еден долен кварк, антипротонот има два горни и еден долен актикварк.
3 Мезони
Мезоните се хадрони составени од пар кварк-антикварк. Тие се бозони, што значи дека имааат целоинтегрален спин, т.е. 0, 1, или −1, поради тоа што имаат парен број кваркови. Имаат барионски број ''B'' = − = 0. Примери за мезони што често се добиваат во опитите се пионите и каоните. Пионите имаат улога во крепењето на атомските јадра преку преостаната јака сила.
Начелно земено, може да постојат мезони со повеќе од еден пар кварк-антикварк; хипотетичкиот мезон со два пара се нарекува тетракварк. Во 2000-тите се пронајдени неколку кандидати за тетракваркови, но нивниот статус сè уште е спорен. Има и неколку други егзотични мезони кои не одговараат на класификацијата во кварковиот модел. Такви се глуболот и мешовитите мезони (мезони врзани со возбудени глуони).
4 Поврзано
* Голем хадронски судирач
* Список на честички
* Стандарден модел
* Субатомски честички
* Егзотични хадрони