Barione

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 tre quark.

Insieme ai mesoni (particelle composte di un quark e un antiquark) fanno parte della famiglia degli adroni, che comprende tutte le particelle formate da quark e soggette perciò alla forza nucleare forte.

Caratteristiche generali

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).

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

In cosmologia si distingue spesso fra materia barionica e non barionica. Col primo termine ci si riferisce a tutta la materia che conosciamo normalmente, costituita essenzialmente di protoni, neutroni ed elettroni (che a rigore non sono barioni), mentre col secondo si indica tutta quella materia (ad es. i neutrini) che non è composta da barioni: in particolare la cosiddetta materia oscura è quasi sicuramente una forma di materia non barionica.

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.. In base ad ulteriori dati acquisiti nel 2006 e nel 2008, la comunità scientifica ha ritenuto non attendibile tale ipotesi.

Lista dei barioni

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; viene pure riportata un'ampia lista di particelle subatomiche. (Vedi l'articolo sul barione per una spiegazione più dettagliata di questi simboli.)

I simboli utilizzati in queste liste sono: I (isospin), J (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.

J^P = barioni 1/2⁺

J^P = 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	p / p+ / N+	uud	938,272 029 ± 0,000080 [a]	1/2	1/2+	+1	0	0	0	Stable	Inosservati
nucleone/neutrone	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	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	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	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	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	Σ⁰	uds	1192,642 ± 0,024	1	1/2+	0	−1	0	0	7,4 ± 0,7×10−20	Λ⁰ + γ
Sigma	Σ⁻	dds	1197,449 ± 0,030	1	1/2+	−1	−1	0	0	1,479 ±0,011×10−10	n⁰ + π⁻
Sigma charmed	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	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	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	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	Σ⁻b(? [e])	ddb	5815,2 ± 2,0	1	1/2+	−1	0	0	−1	Sconosciuta	Λ⁰b + π⁻
Xi	Ξ⁰	uss	1314,86 ± 0,20	1/2	1/2+	0	−2	0	0	2,90 ± 0,09×10−10	Λ⁰ + π⁰
Xi	Ξ⁻	dss	1321,71 ± 0,07	1/2	1/2+	−1	−2	0	0	1,639 ± 0,015×10−10	Λ⁰ + π⁻
Xi charmed	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	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	Ξ′+c	usc	2575,7 ± 3,1	1/2	1/2+	+1	−1	+1	0	Sconosciuta	Ξ+c + γ (osservati)
Xi charmed primo	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	Sconosciuta	1/2	1/2+	+2	0	+2	0	Sconosciuta	Sconosciuti
Xi doppio charmed [f]	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 (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 (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	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	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 molta 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 Σ_b(5810).
^[f] Esistono alcune controversie riguardo a questi dati.
^[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 Ξ_b con qualche Λ_b.

J^P = barioni 3/2 ⁺

J^P = 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	Δ++ (1232)	uuu	1232 ± 1	3/2	3/2+	+2	0	0	0	5,58 ± 0,09×10−24 [h]	p+ + π+
Delta	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	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	Δ⁻(1232)	ddd	1232 ± 1	3/2	3/2+	−1	0	0	0	5,58 ± 0,09×10−24 [h]	π⁻ + n⁰
Sigma	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	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	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	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	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	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	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	Σ∗⁻b	ddb	5836,4 ± 2,8	1	3/2 +	−1	0	0	−1	Sconosciuta	Λ⁰b + π⁻
Xi	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	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	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	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	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	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	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.

Bibliografia

• C. Amsler (Particle Data Group) (2008). Review of Particle Physics. Physics Letters B 667 (1): 1–1340  (in en). DOI:10.1016/j.physletb.2008.07.018. and 2009 partial update for the 2010 edition.
• (EN) V.M. Abazov (DØ Collaboration), Observation of the doubly strange b baryon Ω⁻_b (PDF), 2008.
• (EN) K. Carter, The rise and fall of the pentaquark in «Symmetry Magazine», Fermilab/SLAC, 2006. URL consultato il 27 maggio 2008.
• W.-M. Yao et al. (Particle Data Group) (2006). Review of Particle Physics. Journal of Physics G 33: 1–1232  (in en). DOI:10.1088/0954-3899/33/1/001.
• (EN) H. Muir, Pentaquark discovery confounds sceptics in «New Scientist», 2003. URL consultato il 27 maggio 2008.
• J.G. Körner; M. Krämer, D. Pirjol (1994). Heavy Baryons. Progress in Particle and Nuclear Physics 33: 787–868  (in en). DOI:10.1016/0146-6410(94)90053-1. 9406359.

Ulteriori letture

• H. Garcilazo; J. Vijande; A. Valcarce (2007). Faddeev study of heavy-baryon spectroscopy. Journal of Physics G 34 (5): 961–976  (in en). DOI:10.1088/0954-3899/34/5/014.
• (EN) S. Robbins, Physics Particle Overview – Baryons in «Journey Through the Galaxy», 2006. URL consultato il 20 aprile 2008.
• D.M. Manley (2005). Status of baryon spectroscopy. Journal of Physics: Conference Series 5: 230–237  (in en). DOI:10.1088/1742-6596/9/1/043.
• (EN) 1998 S.S.M. Wong, Introductory Nuclear Physics, 2^a, New York (NY), John Wiley & Sons. ISBN 0-471-23973-9.
• (EN) R. Shankar, Principles of Quantum Mechanics, 2^a, New York (NY), Plenum Press, 1994. ISBN 0-306-44790-8.
• E. Wigner (1937). On the Consequences of the Symmetry of the Nuclear Hamiltonian on the Spectroscopy of Nuclei. Physical Review 51 (2): 106–119  (in en). DOI:10.1103/PhysRev.51.106.
• M. Gell-Mann (1964). A Schematic of Baryons and Mesons. Physics Letters 8 (3): 214–215  (in en). DOI:10.1016/S0031-9163(64)92001-3.
• W. Heisenberg (1932). Über den Bau der Atomkerne I. Zeitschrift für Physik 77: 1–11  (in de). DOI:10.1007/BF01342433.
• W. Heisenberg (1932). Über den Bau der Atomkerne II. Zeitschrift für Physik 78: 156–164  (in de). DOI:10.1007/BF01337585.
• W. Heisenberg (1932). Über den Bau der Atomkerne III. Zeitschrift für Physik 80: 587–596  (in de). DOI:10.1007/BF01335696.

Voci correlate

• Via dell'ottetto
• Lista dei mesoni
• Lista delle particelle
• Cronologia della scoperta delle particelle

Collegamenti esterni

• Barione in «Tesauro del Nuovo Soggettario», BNCF, marzo 2013.
• (EN) Particle Data Group – Review of Particle Physics (2008).
• (EN) Georgia State University – HyperPhysics
• The Review of Particle Physics

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