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.

I barioni sono un gruppo di particelle subatomiche composte costituite da un numero dispari di quark che sia almeno tre. I barioni composti da un numero diverso di quark, che sia sempre dispari, si dicono barioni esotici.

Classificati come fermioni dato il loro spin semintero, fanno inoltre parte della famiglia degli adroni, che comprende tutte le particelle formate da quark e soggette perciò alla forza nucleare forte.

Caratteristiche generali[modifica | modifica wikitesto]

Il termine barione deriva dal greco βαρύς (barys), che significa "pesante", e fu dato alle particelle caratterizzate da una massa maggiore rispetto alle altre fino ad allora conosciute. I barioni più noti sono i protoni e i neutroni, che costituiscono la maggior parte della massa della materia visibile nell'universo (l'altro componente maggiore degli atomi, l'elettrone, ha massa circa 1800 volte inferiore). Essendo composti da un numero dispari di quark e avendo di conseguenza spin semintero i barioni sono fermioni.

Ogni barione ha un'antiparticella corrispondente (antibarione) dove i quark vengono rimpiazzati dai corrispondenti antiquark. Per esempio, un protone è costituito di due quark up e un quark down; la sua antiparticella, l'antiprotone, è costituito di due antiquark up e un antiquark down.

Acquisizioni più recenti[modifica | modifica wikitesto]

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.[1][2]. In base ad ulteriori dati acquisiti nel 2006[3] e nel 2008[4], la comunità scientifica ha ritenuto non attendibile tale ipotesi; tuttavia nel 2015 il team di ricercatori dell'esperimento LHCb del CERN di Ginevra ha pubblicato una comunicazione preliminare nella quale si espongono osservazioni di risonanze compatibili con l'esistenza di uno stato legato di tipo pentaquark[5].

Nel 2014 sono state scoperte, nell'ambito dell'esperimento LHCb al LHC, le due particelle di natura barionica Xi_b'-, Xi_b*-[6][7]

Lista dei barioni[modifica | modifica wikitesto]

Queste liste espongono minuziosamente tutti i barioni noti e previsti con momento angolare totale J = 1/2 e nelle configurazioni di J = 3/2 con parità positiva.

I simboli utilizzati in queste liste 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 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.
Le particelle con il simbolo † accanto al loro nome sono state previste dal modello standard ma non ancora osservate.
I valori segnati in rosso non sono ancora stati fermamente stabiliti tramite gli esperimenti, ma sono comunque previsti dal modello a quark e sono coerenti con le misure.[8][9]

JP = barioni 1/2+[modifica | modifica wikitesto]

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[10] p / p+ / N+ uud 938,272 029 ± 0,000080 [a] 1/2 1/2+ +1 0 0 0 Stabile Inosservati
nucleone/neutrone[11] 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⁻ + νe
Lambda[12] 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[13] 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[14] Λ⁰b udb 5.620,2 ± 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[15] 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[16] Σ⁰ uds 1192,642 ± 0,024 1 1/2+ 0 −1 0 0 7,4 ± 0,7×10−20 Λ⁰ + γ
Sigma[17] Σ⁻ dds 1197,449 ± 0,030 1 1/2+ −1 −1 0 0 1,479 ±0,011×10−10 n⁰ + π⁻
Sigma charmed[18] 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[18] 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[18] 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[19] 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[19] Σ⁻b(? [e]) ddb 5815,2 ± 2,0 1 1/2+ −1 0 0 −1 Sconosciuta Λ⁰b + π⁻
Xi[20] Ξ⁰ uss 1314,86 ± 0,20 1/2 1/2+ 0 −2 0 0 2,90 ± 0,09×10−10 Λ⁰ + π⁰
Xi[21] Ξ⁻ dss 1321,71 ± 0,07 1/2 1/2+ −1 −2 0 0 1,639 ± 0,015×10−10 Λ⁰ + π⁻
Xi charmed[22] 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[23] 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[24] Ξ′+c usc 2575,7 ± 3,1 1/2 1/2+ +1 −1 +1 0 Sconosciuta Ξ+c + γ (osservati)
Xi charmed primo[25] 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][26] 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[27]
(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[27]
(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[28] 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[29] 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/c², 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.[26]
[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 Ξ∓l∓. Probabilmente la miscela (mix) è principalmente Ξb con qualche Λb.

JP = barioni 3/2 +[modifica | modifica wikitesto]

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[30] Δ++ (1232) uuu 1232 ± 1 3/2 3/2+ +2 0 0 0 5,58 ± 0,09×10−24 [h] p+ + π+
Delta[30] 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[30] 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[30] Δ⁻(1232) ddd 1232 ± 1 3/2 3/2+ −1 0 0 0 5,58 ± 0,09×10−24 [h] π⁻ + n⁰
Sigma[31] 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[31] 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[31] 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[32] 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[32] 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[32] Σ∗⁰c(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[33] Σ∗+b uub 5829,0 ± 3,4 1 3/2 + +1 0 0 −1 Sconosciuta Λ⁰b + π+
Sigma bottom † Σ∗⁰b udb Sconosciuta 1 3/2 + 0 0 0 −1 Sconosciuta Sconosciuti
Sigma bottom[33] Σ∗⁻b ddb 5836,4 ± 2,8 1 3/2 + −1 0 0 −1 Sconosciuta Λ⁰b + π⁻
Xi[34] 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[34] 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[35] 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[35] 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[36] 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[37] 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[38] 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.

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ H. Muir (2003)
  2. ^ K. Carter (2003)
  3. ^ W.-M. Yao et al. (2006): Particle listings – Positive Theta
  4. ^ C. Amsler et al. (2008): Pentaquarks
  5. ^ LHCb collaboration: R. Aaij et al., Observation of J/ψp resonances consistent with pentaquark states in Λ0b→J/ψK−p decays (PDF), in Arxiv, 25 luglio 2015, arXiv:1507.03414.
  6. ^ <http://www.wired.it/scienza/lab/2014/11/20/particelle-lhc-barioni/
  7. ^ https://arxiv.org/pdf/1411.4849v1.pdf
  8. ^ (EN) C. Amsler et al. (2008): Particle summary tables – Baryons
  9. ^ J.G. Körner et al. (1994)
  10. ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – p+
  11. ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – n⁰
  12. ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – Λ
  13. ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – Λ+c
  14. ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – Λ⁰b
  15. ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – Σ+
  16. ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – Σ⁰
  17. ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – Σ⁻}
  18. ^ a b c C. Amsler et al. (2008): Particle listings – Σ++c(2455)
  19. ^ a b C. Amsler et al. (2008): Particle listings – Σ+b(? [e)]
  20. ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – Ξ⁰
  21. ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – Ξ⁻
  22. ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – Ξ+c
  23. ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – Ξ⁰c
  24. ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – Ξ′+c
  25. ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – Ξ′⁰c
  26. ^ a b C. Amsler et al. (2008): Particle listings – Ξ+cc
  27. ^ a b C. Amsler et al. (2008): Particle listings – Ξ⁰b
  28. ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – Ω⁰c
  29. ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – Ω⁻b
  30. ^ a b c d C. Amsler et al. (2008): Particle listings – Δ (1232)(1232)
  31. ^ a b c C. Amsler et al. (2008): Particle listings – Σ (1385)
  32. ^ a b c C. Amsler et al. (2008): Particle listings – Σ∗c(2520)
  33. ^ a b C. Amsler et al. (2008): Particle listings – Σ∗b
  34. ^ a b C. Amsler et al. (2008): Particle listings – Ξ (1530)
  35. ^ a b C. Amsler et al. (2008): Particle listings – Ξ∗+c(2645)
  36. ^ The CMS Collaboration. (2012): Observation of an excited Ξb baryon)
  37. ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – Ω⁻
  38. ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – Ω0c(2770)

Bibliografia[modifica | modifica wikitesto]

Voci correlate[modifica | modifica wikitesto]

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