Barione

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La combinazione dei tre quark: u, d ed s con uno spin totale di 3/2 chiamata decupletto barionico.
L'ottetto dei barioni con spin pari a 1/2.

Il barione è una particella subatomica non elementare costituita da un numero dispari (almeno 3) di quark di valenza.[1] In quanto composti da quark i barioni appartengono alla famiglia degli adroni e prendono parte all'interazione forte. Avendo spin semintero sono fermioni.

Il termine barione fu proposto da Abraham Pais[2] e deriva dal greco βαρύς (barýs), che significa "pesante",[3] trattandosi di particelle con massa maggiore rispetto a quelle fino ad allora conosciute. I barioni più noti sono il protone e il neutrone, entrambi formati da tre quark, che costituiscono la maggior parte della massa visibile nell'universo e compongono il nucleo di tutti gli atomi.

Un censimento dei barioni dell'universo indica che il 10% può essere trovato dentro le galassie, dal 50 al 60% nel mezzo circumgalattico,[4] e il restante 30 o 40% nel mezzo intergalattico tiepido-caldo (WHIM).[5]

Acquisizioni più recenti

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In data 22 dicembre 2006 sono stati scoperti due nuovi barioni, chiamati "Sigma-secondarie-b". Uno dei nuovi barioni scoperti dall'esperimento è formato da due quark up e da uno bottom, l'altro da due quark down e da un bottom. Le due nuove particelle subatomiche sono state individuate da un gruppo di ricerca americano coordinato da Petar Maksimovic della Scuola di arti e Scienze Krieger.

Per un certo tempo si è ritenuto che alcuni esperimenti mostrassero l'esistenza di pentaquark, barioni "esotici" costituiti da quattro quark e un antiquark[6][7] (vedi paragr. successivo).

Nel 2014, nell'ambito dell'esperimento LHCb al LHC, sono state scoperte le due particelle di natura barionica Xi_b'-, Xi_b*-[8][9]

Aspetti generali

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Essendo fermioni, i barioni sono descritti dalla statistica di Fermi-Dirac, che si applica a tutte le particelle che obbediscono al principio di esclusione di Pauli.

I quark hanno numero barionico B = 1/3 mentre per gli antiquark B = −1/3. Il termine barione solitamente si riferisce ai "triquark", ovvero quei barioni composti da tre quark (B = 1/3 + 1/3 + 1/3 = 1). Ogni barione ha un'antiparticella formata dagli antiquark corrispondenti; per esempio, un protone è costituito di due quark up e un quark down, mentre l'antiprotone, è costituito di due antiquark up e un antiquark down.

Sono stati proposti barioni esotici, come il pentaquark, formato da quattro quark e un antiquark (B = 1/3 + 1/3 + 1/3 + 1/3 − 1/3 = 1),[6][7] ma la loro esistenza non è generalmente accettata. In particolare, nel 2006[10] e nel 2008[11] la comunità dei fisici delle particelle si esprimeva in modo predominante contro la loro esistenza. Tuttavia nel luglio 2015 l'esperimento LHCb osservò due risonanze compatibili con stati di pentaquark nel decadimento Λ0b → J/ψKp, con una significatività statistica combinata di 15 σ.[12][13]

In teoria, potrebbero esistere anche gli eptaquark (5 quark, 2 antiquark), i nonaquark (6 quark, 3 antiquark), ecc.

Lista dei barioni

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Queste liste espongono tutti i barioni noti e quelli previsti teoricamente con momento angolare totale J = 1/2 e nelle configurazioni di J = 3/2 con parità positiva.[14] Le antiparticelle non sono elencate nelle tabelle, tuttavia si possono ottenere semplicemente scambiando tutti i quark con antiquark (e gli antiquark con quark), e rendendo Q, B, S, C, B′ di segno opposto.

  • I barioni composti da un tipo di quark (uuu, ddd, ...) possono esistere in configurazione J = 32, mentre J = 12 è proibito dal principio di esclusione di Pauli.
  • I barioni composti da due tipi di quark (uud, uus, ...) possono esistere sia in configurazione J = 12 sia in J = 32.
  • I barioni composti da tre tipi di quark (uds, udc, ...) possono esistere sia in configurazione J = 12 sia in J = 32. Per questi barioni sono possibili due configurazioni con J = 12.

I simboli utilizzati sono: I (isospin), J (operatore momento angolare totale), P (parità), u (quark up), d (quark down), s (quark strange), c (quark charm), b (quark bottom), Q (carica), B (numero barionico), S (stranezza), C (charm), B′ (bottomness).

Le particelle con il simbolo accanto al nome sono previste dal modello standard ma non ancora osservate. I valori segnati in rosso non sono ancora stati stabiliti tramite gli esperimenti, ma sono previsti dal modello a quark e sono coerenti con le misure.[15][16][17]

JP = barioni 1/2+

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JP = barioni 1/2+
Nome della particella Simbolo Quark
contenuti
Massa a riposo (MeV/c2) I JP Q (e) S C B' vita media (s) Comunemente decade in
nucleone/protone[18] p / p+ / N+ uud 938,272 029 ± 0,000080 [a] 1/2 1/2+ +1 0 0 0 Stabile Inosservati
nucleone/neutrone[19] n / n⁰ / N⁰ udd 939,565 360±0,000 081 [a] 1/2 1/2+ 0 0 0 0 8,857 ± 0,008×102 [c] p+ + e⁻ +
Lambda[20] Λ⁰ uds 1115,683 ± 0,006 0 1/2+ 0 −1 0 0 2,631 ± 0,020×10−10 p+ + π⁻ o

n⁰ + π⁰

Lambda charmed[21] Λ+c udc 2286,46 ± 0,14 0 1/2+ +1 0 +1 0 2,00 ± 0,06×10−13 Vedi modi di decadimento di Λ+c
Lambda bottom[22] Λ⁰b udb 5620,2 ± 1,6 0 1/2+ 0 0 0 −1 1,409 +0,055×10−12
1,409−0,054×10−12
Vedi modi di decadimento di Λ⁰b
Sigma[23] Σ+ uus 1189,37 ± 0,07 1 1/2+ +1 −1 0 0 8,018 ± 0,026×10−11 p+ + π⁰ o
n⁰ + π+
Sigma[24] Σ⁰ uds 1192,642 ± 0,024 1 1/2+ 0 −1 0 0 7,4 ± 0,7×10−20 Λ⁰ + γ
Sigma[25] Σ⁻ dds 1197,449 ± 0,030 1 1/2+ −1 −1 0 0 1,479 ±0,011×10−10 n⁰ + π⁻
Sigma charmed[26] Σ++c(2455) uuc 2454,02 ± 0,18 1 1/2+ +2 0 +1 0 3,0 ± 0,4×10−22 [d] Λ+c + π+
Sigma charmed[26] Σ+c(2455) udc 2452,9 ± 0,4 1 1/2+ +1 0 +1 0 >1,4×10−22 [d] Λ+c + π⁰
Sigma charmed[26] Σ⁰c(2455) ddc 2453,76 ± 0,18 1 1/2+ 0 0 +1 0 3,0 ± 0,5×10−22 [d] Λ+c + π⁻
Sigma bottom[27] Σ+b(? [e]) uub 5807,8 ± 2,7 1 1/2+ +1 0 0 −1 Sconosciuta Λ⁰b + π+
Sigma bottom Σ⁰b(? [e]) udb Sconosciuta 1 1/2+ 0 0 0 −1 Sconosciuta Sconosciuti
Sigma bottom[27] Σ⁻b(? [e]) ddb 5815,2 ± 2,0 1 1/2+ −1 0 0 −1 Sconosciuta Λ⁰b + π⁻
Xi[28] Ξ⁰ uss 1314,86 ± 0,20 1/2 1/2+ 0 −2 0 0 2,90 ± 0,09×10−10 Λ⁰ + π⁰
Xi[29] Ξ⁻ dss 1321,71 ± 0,07 1/2 1/2+ −1 −2 0 0 1,639 ± 0,015×10−10 Λ⁰ + π⁻
Xi charmed[30] Ξ+c usc 2467,9 ± 0,4 1/2 1/2+ +1 −1 +1 0 4,42 ± 0,26×10−13 Vedi modi di decadimento di Ξ+c
Xi charmed[31] Ξ⁰c dsc 2471,0 ± 0,4 1/2 1/2+ 0 −1 +1 0 1,12 +0,13×10−13
1,12 −0,10×10−13
Vedi modi di decadimento di Ξ⁰c
Xi charmed primo[32] Ξ′+c usc 2575,7 ± 3,1 1/2 1/2+ +1 −1 +1 0 Sconosciuta Ξ+c + γ (osservati)
Xi charmed primo[33] Ξ′⁰c dsc 2578,0 ± 2,9 1/2 1/2}+ +1 −1 +1 0 Sconosciuta Ξ⁰c + γ (osservati)
Xi doppio charmed [f] Ξ++cc ucc 3621,40 ± 0,72 ± 0,27 ± 0,14 1/2 1/2+ +2 0 +2 0 Sconosciuta Λ+c + K⁻ + π+ + π+
Xi doppio charmed [f][34] Ξ+cc dcc 3518,9 ± 0,9 [f] 1/2 1/2+ +1 0 +2 0 < 3,3×10−14 [f] Λ+c + K⁻ + π+ [f] o

p+ + D+ + K⁻ [f]

Xi bottom[35]
(o Cascata B)
Ξ⁰b usb Sconosciuta 1/2 1/2+ 0 −1 0 −1 1,42 + 0,28 ×10−12

1,42 −0,24 ×10−12 [g]

Vedi modi di decadimento di Ξ⁰b
Xi bottom[35]
(o Cascata B)
Ξ⁻b dsb 5792,4 ± 3,0 1/2 1/2+ −1 −1 0 −1 1,42 + 0,28 ×10−12

1,42 −0,24 ×10−12 [g]

Vedi modi di decadimento di Ξ⁻b
(furono osservati anche Ξ⁻ + J/ψ)
Xi bottom primo Ξ′⁰b usb Sconosciuta 0 1/2+ 0 −1 0 −1 Sconosciuta Sconosciuti
Xi bottom primo Ξ′⁻b dsb Sconosciuta 0 1/2+ 0 −1 0 −1 Sconosciuta Sconosciuti
Xi doppio bottom Ξ⁰bb ubb Sconosciuta 1/2 1/2+ 0 0 0 −2 Sconosciuta Sconosciuti
Xi doppio bottom Ξ⁻bb dbb Sconosciuta 1/2 1/2+ −1 0 0 −2 Sconosciuta Sconosciuti
Xi bottom charmed Ξ+cb ucb Sconosciuti 1/2 1/2+ +1 0 +1 −1 Sconosciuta Sconosciuti
Xi bottom charmed Ξ⁰cb dcb Sconosciuta 1/2 1/2+ 0 0 +1 −1 Sconosciuta Sconosciuti
Xi bottom charmed primo Ξ′+cb ucb Sconosciuta 0 1/2+ +1 0 +1 −1 Sconosciuta Sconosciuti
Xi bottom charmed primo Ξ′⁰cb dcb Sconosciuta 0 1/2+ +1 0 +1 −1 Sconosciuta Sconosciuti
Omega charmed[36] Ω⁰c ssc 2697,5 ± 2,6 0 1/2+ 0 −2 +1 0 6,9 ± 1,2×10−14 Vedi modi di decadimento di Ω⁰c
Omega bottom[37] Ω⁻b ssb 6165 ± 23 0 1/2+ −1 −2 0 −1 1,13 + 0,55 ×10−12
1,13 −0,42 ×10−12
(Ω⁻ + J/ψ osservati)
Omega doppio charmed Ω+cc scc Sconosciuta 0 1/2+ +1 −1 +2 0 Sconosciuta Sconosciuti
Omega bottom charmed Ω⁰cb scb Sconosciuta 0 1/2+ 0 −1 +1 −1 Sconosciuta Sconosciuti
Omega bottom charmed primo Ω′⁰cb scb Sconosciuta 0 1/2+ 0 −1 +1 −1 Sconosciuta Sconosciuti
Omega doppio bottom Ω⁻bb sbb Sconosciuta 0 1/2+ −1 −1 0 −2 Sconosciuta Sconosciuti
Omega doppio bottom charmed Ω+ccb ccb Sconosciuta 0 1/2+ +1 0 +2 −1 Sconosciuta Sconosciuti
Omega doppio bottom charmed Ω⁰cbb cbb Sconosciuta 0 1/2+ 0 0 +1 −2 Sconosciuta Sconosciuti

Particella non ancora osservata.
[a] Le masse del protone e del neutrone sono conosciute con migliore precisione in unità atomiche (u) che in MeV/, a causa del valore relativamente poco conosciuto della carica elementare. Nell'unità di massa atomica, la massa del protone è 1,007 276 466 88(13) u mentre quella del neutrone è 1,008 664 915 60(55) u.
[b] Almeno 1035 anni. Vedi decadimento del protone.
[c] Per i neutroni liberi; nella maggior parte dei nuclei, i neutroni sono stabili.
[d] Il PDG riferisce la larghezza di risonanza (Γ). Qui invece viene data la conversione τ = ħ/Γ.
[e] I valori specifici del nome non sono stati ancora decisi, ma potrebbero essere vicini a Σb(5810).
[f] Esistono alcune controversie riguardo a questi dati.[34]
[g] Questa è in realtà una misura della vita media dei barioni B che decadono in un getto (jet) contenente una stessa coppia di segni Ξl. Probabilmente la miscela (mix) è principalmente Ξb con qualche Λb.

JP = barioni 3/2 +

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JP = barioni 3/2+
Nome della particella Simbolo Quark
contenuti
Massa a riposo (MeV/c2) I JP Q (e) S C B' vita media (s) Comunemente decade in
Delta[38] Δ++ (1232) uuu 1232 ± 1 3/2 3/2+ +2 0 0 0 5,58 ± 0,09×10−24 [h] p+ + π+
Delta[38] Δ+(1232) uud 1232 ± 1 3/2 3/2+ +1 0 0 0 5,58 ± 0,09×10−24[h] π+ + n0 o
π0 + p
Delta[38] Δ⁰ (1232) udd 1232 ± 1 3/2 3/2+ 0 0 0 0 5,58 ± 0,09×10−24[h] π⁰ + n⁰ o
π⁻ + p+
Delta[38] Δ⁻(1232) ddd 1232 ± 1 3/2 3/2+ −1 0 0 0 5,58 ± 0,09×10−24 [h] π⁻ + n⁰
Sigma[39] Σ∗+(1385) uus 1382,8 ± 0,4 1 3/2+ +1 −1 0 0 1,84 ± 0,04×10−23 [h] Λ⁰ + π+ o
Σ+ + π⁰ o
Σ⁰ + π+
Sigma[39] Σ∗0(1385) uds 1383,7 ± 1,0 1 3/2+ 0 −1 0 0 1,8±0,3×10−23[h] Λ⁰ + π⁰ o
Σ+ + π⁻ o
Σ⁰ + π⁰
Sigma[39] Σ∗⁻(1385) dds 1387,2 ± 0,5 1 3/2+ −1 −1 0 0 1,67 ± 0,09×10−23 [h] Λ⁰ + π⁻ o
Σ⁰ + π⁻ o
Σ⁻ + π⁰
Sigma charmed[40] Σ∗++c(2520) uuc 2518,4 ± 0,6 1 3/2 + +2 0 +1 0 4,4 ± 0,6×10−23 [h] Λ+c + π+
Sigma charmed[40] Σ∗+c(2520) udc 2517,5 ± 2,3 1 3/2 + +1 0 +1 0 > 3,9×10−23 [h] Λ+c + π⁰
Sigma charmed[40] Σc(2520) ddc 2518,0 ± 0,5 1 3/2 + 0 0 +1 0 4,1 ± 0,5×10−23 [h] Λ+c + π⁻
Sigma bottom[41] Σ∗+b uub 5829,0 ± 3,4 1 3/2 + +1 0 0 −1 Sconosciuta Λ⁰b + π+
Sigma bottom Σb udb Sconosciuta 1 3/2 + 0 0 0 −1 Sconosciuta Sconosciuti
Sigma bottom[41] Σ∗⁻b ddb 5836,4 ± 2,8 1 3/2 + −1 0 0 −1 Sconosciuta Λ⁰b + π⁻
Xi[42] Ξ∗0(1530) uss 1531,80 ± 0,32 1/2 3/2+ 0 −2 0 0 7,2 ± 0,4×10−23 [h] Ξ⁰ + π⁰ o
Ξ⁻ + π+
Xi[42] Ξ∗⁻(1530) dss 1535,0 ± 0,6 1/2 3/2+ −1 −2 0 0 6,7 +1,1 ×10−23
6,7 −1,2 ×10−23 [h]
Ξ⁰ + π⁻ o
Ξ⁻ + π⁰
Xi charmed[43] Ξ∗+c(2645) usc 2646.6 ± 1,4 1/2 3/2 + +1 −1 +1 0 2,1×10−22 [h] Ξ+c + π⁰ (osservati)
Xi charmed[43] Ξ∗0c(2645) dsc 2646,1 ± 1,2 1/2 3/2 + 0 −1 +1 0 > 1,2×10−22 [h] Ξ+c + π⁻ (osservati)
Xi doppio charmed Ξ∗++cc ucc Sconosciuta 1/2 3/2 + +2 0 +2 0 Sconosciuta Sconosciuti
Xi doppio charmed Ξ∗+cc dcc Sconosciuta 1/2 3/2 + +1 0 +2 0 Sconosciuta Sconosciuti
Xi bottom[44] Ξ∗0b usb 5945.0 ± 2.8 1/2 3/2 + 0 −1 0 −1 Sconosciuta Ξ⁻b + π+ o
Ξ+b + π-
Xi bottom Ξ∗⁻b dsb Sconosciuta 1/2 3/2 + −1 −1 0 −1 Sconosciuta Sconosciuti
Xi doppio bottom Ξ∗0bb ubb Sconosciuta 1/2 3/2 + 0 0 0 −2 Sconosciuta Sconosciuti
Xi doppio bottom Ξ∗⁻bb dbb Sconosciuta 1/2 3/2 + −1 0 0 −2 Sconosciuta Sconosciuti
Xi bottom charmed Ξ∗+cb ucb Sconosciuta 1/2 3/2 + +1 0 +1 −1 Sconosciuta Sconosciuti
Xi bottom charmed Ξ∗0cb dcb Sconosciuta 1/2 3/2 + 0 0 +1 −1 Sconosciuta Sconosciuti
Omega[45] Ω⁻ sss 1672,45 ± 0,29 0 3/2+ −1 −3 0 0 8,21 ± 0,11×10−11 [h] Λ⁰ + K⁻ o
Ξ⁰ + π⁻ o
Ξ⁻ + π⁰
Omega charmed[46] Ω∗0c(2770) ssc 2768,3 ± 1,5 0 3/2 + 0 −2 +1 0 Sconosciuta Ω⁰c + γ
Omega bottom Ω∗⁻b ssb Sconosciuta 0 3/2 + −1 −2 0 −1 Sconosciuta Sconosciuti
Omega doppio charmed Ω∗+cc scc Sconosciuta 0 3/2 + +1 −1 +2 0 Sconosciuta Sconosciuti
Omega bottom charmed Ω∗0cb scb Sconosciuta 0 3/2 + 0 −1 +1 −1 Sconosciuta Sconosciuti
Omega doppio bottom Ω∗⁻bb sbb Sconosciuta 0 3 + −1 −1 0 −2 Sconosciuta Sconosciuti
Omega triplo charmed Ω++ccc ccc Sconosciuta 0 3/2 + +2 0 +3 0 Sconosciuta Sconosciuti
Barione omega doppio charmed Ω∗+ccb ccb Sconosciuta 0 3/2 + +1 0 +2 −1 Sconosciuta Sconosciuti
Barione omega doppio bottom charmed Ω∗0cbb cbb Sconosciuta 0 3/2 + 0 0 +1 −2 Sconosciuta Sconosciuti
Omega triplo bottom Ω⁻bbb bbb Sconosciuta 0 3/2 + −1 0 0 −3 Sconosciuta Sconosciuti

Particella non ancora osservata.
[h] Il PDG riporta la larghezza di risonanza (Γ). Qui invece viene data la conversione τ = ħ/Γ.

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    «The 'baryon' is the collective name for the members of the nucleon family. This name is due to Pais. See ref. (6).»
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Voci correlate

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Altri progetti

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Collegamenti esterni

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