Barión
En física de partículas, un barión es un tipo de partícula subatómica compuesta que contiene un número impar de quarks de valencia (al menos 3). Los bariones pertenecen a la familia de partículas de los hadrones ; Los hadrones están compuestos de quarks. Los bariones también se clasifican como fermiones porque tienen un giro medio entero.
El nombre "barión", introducido por Abraham Pais, proviene de la palabra griega para "pesado" (βαρύς, barýs), porque, en el momento de su denominación, la mayoría de las partículas elementales conocidas tenían masas más bajas que las bariones. Cada barión tiene una antipartícula correspondiente (antibarión) donde sus correspondientes antiquarks reemplazan a los quarks. Por ejemplo, un protón está formado por dos quarks ascendentes y uno descendente ; y su antipartícula correspondiente, el antiprotón, está formado por dos antiquarks arriba y un antiquark abajo.
Debido a que están compuestos de quarks, los bariones participan en la interacción fuerte, que está mediada por partículas conocidas como gluones. Los bariones más familiares son los protones y los neutrones, los cuales contienen tres quarks y, por esta razón, a veces se les llama triquarks. Estas partículas constituyen la mayor parte de la masa de materia visible en el universo y componen el núcleo de cada átomo. (Los electrones, el otro componente principal del átomo, son miembros de una familia diferente de partículas llamadas leptones ; los leptones no interactúan a través de la fuerza fuerte). También se han descubierto y estudiado bariones exóticos que contienen cinco quarks, llamados pentaquarks.
Un censo de los bariones del Universo indica que el 10% de ellos podría encontrarse dentro de las galaxias, el 50 al 60% en el medio circungaláctico y el 30 al 40% restante podría ubicarse en el medio intergaláctico cálido-caliente (WHIM).
- 1 Antecedentes
- 2 Materia bariónica
- 3 Bariogénesis
- 4 propiedades
- 4.1 Isospin y carga
- 4.2 Números cuánticos de sabor
- 4.3 Espín, momento angular orbital y momento angular total
- 4.4 Paridad
- 5 Nomenclatura
- 6 Véase también
- 7 citas
- 8 Referencias generales
- 9 Enlaces externos
Fondo
Los bariones son fermiones que interactúan fuertemente ; es decir, sobre ellos actúa la fuerza nuclear fuerte y están descritos por las estadísticas de Fermi-Dirac, que se aplican a todas las partículas que obedecen al principio de exclusión de Pauli. Esto contrasta con los bosones, que no obedecen al principio de exclusión.
Los bariones, junto con los mesones, son hadrones, partículas compuestas de quarks. Los quarks tienen números bariónicos de B = 1/3y los antiquarks tienen números bariónicos de B = -1/3. El término "barión" generalmente se refiere a triquarks: bariones hechos de tres quarks ( B = 1/3 + 1/3 + 1/3 = 1).
Se han propuesto otros bariones exóticos, como los pentaquarks, bariones hechos de cuatro quarks y un antiquark ( B = 1/3 + 1/3 + 1/3 + 1/3 - 1/3 = 1), pero su existencia no es generalmente aceptada. La comunidad de la física de partículas en su conjunto no consideró que su existencia fuera probable en 2006, y en 2008, consideró que la evidencia estaba abrumadoramente en contra de la existencia de los pentaquarks reportados. Sin embargo, en julio de 2015, el experimento LHCb observó dos resonancias consistentes con los estados de pentaquark en el Λ0 b → J / ψK- decaimiento p, con una significancia estadística combinada de 15σ.
En teoría, también podrían existir heptaquarks (5 quarks, 2 antiquarks), nonaquarks (6 quarks, 3 antiquarks), etc.
Materia bariónica
Casi toda la materia que se puede encontrar o experimentar en la vida cotidiana es materia bariónica, que incluye átomos de cualquier tipo y les confiere la propiedad de masa. La materia no bariónica, como lo implica el nombre, es cualquier tipo de materia que no esté compuesta principalmente por bariones. Esto podría incluir neutrinos y electrones libres, materia oscura, partículas supersimétricas, axiones y agujeros negros.
La mera existencia de bariones también es un tema importante en cosmología porque se supone que el Big Bang produjo un estado con cantidades iguales de bariones y antibariones. El proceso por el cual los bariones llegaron a superar en número a sus antipartículas se llama bariogénesis.
Bariogénesis
Artículo principal: BariogénesisLos experimentos son consistentes con el número de quarks en el universo como una constante y, para ser más específicos, el número de bariones es una constante (si la antimateria se cuenta como negativa); en lenguaje técnico, el número bariónico total parece conservarse. Dentro del modelo estándar predominante de física de partículas, el número de bariones puede cambiar en múltiplos de tres debido a la acción de los esfalerones, aunque esto es raro y no se ha observado en experimentos. Algunas grandes teorías unificadas de la física de partículas también predicen que un solo protón puede desintegrarse, cambiando el número de bariones en uno; sin embargo, esto aún no se ha observado en experimentos. Se cree que el exceso de bariones sobre antibariones en el universo actual se debe a la no conservación del número de bariones en el universo muy temprano, aunque esto no se comprende bien.
Propiedades
Isospin y carga
Artículo principal: Isospin
Combinaciones de tres quarks u, d o s que forman bariones con un spin-3/2formar el decuplet bariónico de uds 
Combinaciones de tres quarks u, d o s que forman bariones con un spin-1/2formar el octeto bariónico uds El concepto de isospín fue propuesto por primera vez por Werner Heisenberg en 1932 para explicar las similitudes entre protones y neutrones bajo la interacción fuerte. Aunque tenían diferentes cargas eléctricas, sus masas eran tan similares que los físicos creían que eran la misma partícula. Las diferentes cargas eléctricas se explicaron como el resultado de alguna excitación desconocida similar al giro. Esta excitación desconocida fue posteriormente denominada isospin por Eugene Wigner en 1937.
Esta creencia duró hasta que Murray Gell-Mann propuso el modelo de quarks en 1964 (que originalmente solo contenía los quarks u, dys). Ahora se entiende que el éxito del modelo isospin es el resultado de masas similares de quarks u y d. Dado que los quarks uyd tienen masas similares, las partículas formadas por el mismo número también tienen masas similares. La composición específica exacta de los quarks u y d determina la carga, ya que los quarks u llevan carga +2/3 mientras que los quarks d llevan carga -1/3. Por ejemplo, los cuatro deltas tienen cargas diferentes ( Δ++ (uuu), Δ+ (uud), Δ0 (udd), Δ- (ddd)), pero tienen masas similares (~ 1232 MeV / c 2) ya que cada uno está hecho de una combinación de tres quarks uod. Bajo el modelo de isospin, se consideró que eran una sola partícula en diferentes estados cargados.
La matemática del isospin se modeló a partir de la del spin. Las proyecciones de isospín variaron en incrementos de 1 al igual que las de giro, y a cada proyección se le asoció un " estado cargado ". Dado que la " partícula Delta " tenía cuatro "estados cargados", se dijo que era de isospin I = 3/2. Sus "estados cargados" Δ++ , Δ+ , Δ0 , y Δ- , correspondió a las proyecciones de isospín I 3 = +3/2, Yo 3 = +1/2, Yo 3 = -1/2y yo 3 = -3/2, respectivamente. Otro ejemplo es la "partícula de nucleón". Como había dos "estados cargados" de nucleones, se decía que era de isospina1/2. El nucleón positivo norte+ (protón) se identificó con I 3 = +1/2 y el nucleon neutro norte0 (neutrón) con I 3 = -1/2. Más tarde se observó que las proyecciones de isospín estaban relacionadas con el contenido de quarks arriba y abajo de las partículas por la relación:
![I _ {\ mathrm {3}} = {\ frac {1} {2}} [(n _ {\ mathrm {u}} -n _ {\ mathrm {\ bar {u}}}) - (n _ {\ mathrm { d}} -n _ {\ mathrm {\ bar {d}}})],](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/9ee3958c17cfa816641e621b04abfbd8fd88689a)
donde las n son el número de quarks y antiquarks ascendentes y descendentes.
En la "imagen de isospin", se pensaba que los cuatro deltas y los dos nucleones eran los diferentes estados de dos partículas. Sin embargo, en el modelo de quarks, los deltas son diferentes estados de nucleones (los N ++ o N - están prohibidos por el principio de exclusión de Pauli ). Isospin, aunque transmite una imagen inexacta de las cosas, todavía se usa para clasificar bariones, lo que lleva a una nomenclatura poco natural y a menudo confusa.
Números cuánticos de sabor
Artículo principal: Sabor (física de partículas) § Números cuánticos de saborSe notó que el número cuántico de sabor extraño S (que no debe confundirse con el giro) subía y bajaba junto con la masa de partículas. Cuanto mayor sea la masa, menor será la extrañeza (más quarks s). Las partículas podrían describirse con proyecciones de isospín (relacionadas con la carga) y extrañeza (masa) (consulte las figuras de octetos y decuples uds a la derecha). A medida que se descubrieron otros quarks, se hicieron nuevos números cuánticos para que tuvieran una descripción similar de los octetos y decuples udc y udb. Dado que solo la masa uyd son similares, esta descripción de la masa y la carga de la partícula en términos de números cuánticos de isospín y sabor funciona bien solo para el octeto y el decuplet hechos de un quark u, uno d y otro quark, y se descompone para el otros octetos y decuplets (por ejemplo, octeto ucb y decuplet). Si todos los quarks tuvieran la misma masa, su comportamiento se llamaría simétrico, ya que todos se comportarían de la misma manera ante la interacción fuerte. Dado que los quarks no tienen la misma masa, no interactúan de la misma manera (exactamente como un electrón colocado en un campo eléctrico acelerará más que un protón colocado en el mismo campo debido a su masa más ligera), y se dice que la simetría estar roto.
Se observó que la carga ( Q) estaba relacionada con la proyección de isospin ( I 3), el número de bariones ( B) y los números cuánticos de sabor ( S, C, B ′, T) mediante la fórmula de Gell-Mann-Nishijima :
donde S, C, B ', y T representan las extrañeza, encanto, bottomness y topness números sabor cuántica, respectivamente. Están relacionados con el número de quarks extraño, encanto, inferior y superior y antiquark de acuerdo con las relaciones: