Hiperón

Los hiperones  son una familia de partículas elementales, bariones , que contienen al menos un quark s , pero no contienen quarks más pesados ​​( cyb ) [ 1 ] . Por lo tanto, todos los hiperones tienen una extrañeza distinta de cero , pero cero encanto y encanto .

Propiedades de los hiperones

Todos los hiperones conocidos están formados por tres quarks y (como todos los bariones) son fermiones . Esto significa que tienen un espín medio entero y obedecen a las estadísticas de Fermi-Dirac . Todos ellos interactúan a través de la interacción fuerte , es decir, son hadrones . Están formados por tres quarks ligeros , al menos uno de los cuales es un quark s , lo que los convierte en extraños bariones . Los hiperones en el estado fundamental (no excitado) se desintegran directa o indirectamente en un protón o neutrón y uno o más mesones en un tiempo, por regla general, de unos 10 −10 segundos (con la excepción del Σ 0 -hiperón, que se desintegra en 7.4 10 −20 s ) .

Los hiperones fueron descubiertos en los rayos cósmicos en 1947 por Butler y Rochester, pero su existencia no se demostró hasta 1951 [2] . Las partículas detectadas ( hiperones lambda ) se denominaron partículas lambda, ya que en la mayoría de los casos se descomponían en un protón y un pión cargado, que formaban una “horquilla” parecida a la letra Λ en las imágenes de la pista (la pista del propio hiperón no era visible, ya que el hiperón lambda es neutro, mientras que se observan huellas de partículas cargadas solamente). En la imagen se observa la interacción del protón con el núcleo en el que nació la partícula, pero antes del decaimiento, la partícula neutra logró recorrer una distancia suficiente para que la “horquilla” de decaimiento no coincidiera con el punto de nacimiento. Esto significó que la nueva partícula vivió durante bastante tiempo ( 2,6⋅10 −10 s ) según los estándares del micromundo. Lo extraño fue que la partícula participó en interacciones fuertes (esto era evidente por las reacciones en las que nació) y, en consecuencia, su tiempo de vida debería haber sido muy corto ( <10 −20 s ). La vida útil paradójicamente larga de la mayoría de los hiperones se debe al hecho de que la descomposición de sus estados fundamentales ocurre solo a través de interacciones débiles, ya que, como resultó más tarde, las interacciones fuertes y electromagnéticas no cambian la extrañeza  : un nuevo número cuántico que se introdujo precisamente. para explicar el comportamiento inusual de los hiperones y los mesones K (los últimos también contienen quarks s ).

Clasificación de los hiperones

El modelo de quarks introduce una clasificación para los hiperones.

Los hiperones con un quark s se denotan con las letras griegas Λ ( isospin 0, carga eléctrica 0) y Σ (isospin 1, carga −1, 0, +1). La composición de los hiperones lambda y sigma también incluye dos quarks ligeros ( u - y d - ) en diferentes combinaciones.

Los hiperones con dos quarks - s se denotan con la letra Ξ . Los hiperones Xi también contienen un quark u - o d - y tienen isospin 1/2 y carga 0 o −1, respectivamente.

Los hiperones que contienen tres quarks - s se denotan con la letra Ω . Los hiperones omega tienen cero isospín y una carga de −1.

Los antihiperones llevan números cuánticos recíprocos. Cabe señalar que Σ − y Σ + no son antipartículas entre sí, lo que se puede ver al menos por su composición de quarks ( dds y uus , respectivamente). Los hiperones neutros ( Λ 0 , Σ 0 , Ξ 0 ) no son partículas verdaderamente neutras (es decir, no son antipartículas de sí mismos); entonces, además del hiperón cero lambda, que generalmente se desintegra en un protón y un pión negativo , hay un hiperón anti lambda cero ( Λ 0 ), que generalmente se desintegra en un antiprotón y un pión positivo.

El tiempo de vida de casi todos los estados fundamentales de los hiperones es de aproximadamente 10 −10 s . La excepción es Σ 0 , que sufre un decaimiento electromagnético Σ 0  → Λ 0  +  γ en 7.4⋅10 −20 s ; esta desintegración no cambia la extrañeza y, por lo tanto, está permitida, mientras que otras desintegraciones electromagnéticas de hiperón son suprimidas por la conservación de la extrañeza en interacciones electromagnéticas y fuertes. Además de los principales estados de larga duración, existen estados excitados (las llamadas resonancias ), cuyo tiempo de vida es de 10 −22 -10 −24 s . Dichos estados excitados de hiperones se designan como los principales con la adición de su masa aproximada entre paréntesis (redondeados en incrementos de 5 MeV ), por ejemplo: Σ (1385) - denota un estado excitado de sigma-menos-hiperon con una masa de 1382,8 MeV .

El Ω − -hiperón tiene extrañeza −3, por lo tanto, en el proceso de su débil decaimiento en un protón o neutrón, ocurre un cambio múltiple de sabor . Una de estas desintegraciones de tres etapas se ha observado en un experimento de rayos cósmicos , pero hasta que otros Ω − no hayan sido producidos y estudiados por aceleradores de partículas , el modelo SU(3) de Murray Gell-Mann (a veces llamado la vía óctuple ) no ha sido probado. confirmado de manera concluyente.

Investigación Hyperon

Los primeros estudios de hiperones se llevaron a cabo en la década de 1950 e impulsaron a los físicos a crear una clasificación organizada de partículas elementales. Hoy en día, la investigación en esta área se lleva a cabo en muchos laboratorios de todo el mundo, incluidos CERN , Fermilab , SLAC , JLAB , BNL , KEK y otros. Hay búsquedas de violación de CP , mediciones de espín , estudios de estado excitado (comúnmente llamados espectroscopia ) y búsquedas de estados exóticos como pentaquarks .

Véase también

Notas

  1. ↑ El más pesado, el t -quark , como sabes, no puede formar parte de partículas, ya que su tiempo de vida es demasiado corto para que se formen estados ligados.
  2. ↑ Armenteros R., Barker KH, Butler CC, Cachon A., Chapman AH Decaimiento de partículas V   // Nature . - 1951. - vol. 167 , núm. 4248 . - Pág. 501-503 . -doi : 10.1038/ 167501a0 .
  Ir al elemento de Wikidata  diccionarios y enciclopedias
En catálogos bibliográficos