Hadroni? Baryoni? Mesoni? Mikä on mitä? Kuka on kuka? Ja miksi fyysikot pitävät kiinni siitä, että lähes jokaisen hiukkasen nimeen, johon he törmäävät, liitetään jälkiliite ”on”?
Muuten kuin NFL:ssä, lukiojalkapallossa on tavallista, että joukkueen pelipaidoissa ei ole pelaajien nimiä selässä. Tämä voi tehdä pelin katsomisesta hyvin hämmentävää satunnaiselle katsojalle. Asiantuntijat tietävät ilman miettimistä, kuka on kuka, mutta satunnainen katsoja voi helposti menettää käsityksensä siitä, kuka pelaaja on kuka ilman luetteloa, joka yhdistää jokaisen pelipaidan numeron pelaajan nimeen.
Hiukkasfysiikassa on joitain samoja ongelmia kaikkien niiden hiukkasten nimien kanssa, jotka päättyvät ”on”. Se riittää antamaan massiivisen päänsäryn. Sisäpiiriläiset tunnistavat ne heti, mutta ei-asiantuntijoille niiden yksilöivä luettelo olisi erittäin hyödyllinen. Tämän viikon Pähkinänkuoressa tunnistamme kolme niistä ja selitämme, miten ne liittyvät toisiinsa. Nämä kolme hiukkasluokkaa ovat hadronit, mesonit ja baryonit.
Aluksi kaikki kolme termiä yksilöivät hiukkasluokkia. Hadronit ovat hiukkasia, jotka kokevat vahvan ydinvoiman. Tämä tarkoittaa, että ne sisältävät kvarkkeja. Baryoni on hadronityyppi, ja se sisältää kolme kvarkkia. Myös mesoni on hadronityyppi, ja se sisältää yhden kvarkin ja yhden antikvarkin. Eläinkuntaa vertaamalla termi hadroni vastaa termiä eläin, kun taas termit mesoni ja baryoni saattavat vastata luokitteluja nisäkäs ja matelija.
Historiallisesti nimitys baryoni tarkoitti raskasta subatomista hiukkasta, kun taas termi mesoni annettiin hiukkasille, joiden massa oli paljon pienempi. Tämä käy ilmi sanojen kreikkalaisista etymologisista juurista – ”barys” tarkoittaa raskasta ja ”mesos” tarkoittaa väliainetta. (On olemassa myös hiukkasia, joita kutsutaan leptoneiksi, kreikan sanasta ”leptos”, joka tarkoittaa kevyttä, mutta nämä hiukkaset eivät ole hadroneja, eikä niitä käsitellä tässä). 1960-luvulla baryonien tunnistaminen raskaiksi hiukkasiksi ja mesonien tunnistaminen välimassan hiukkasiksi oli ehdotonta. Mutta raskaampien viehätys- ja pohjakvarkkien löytäminen romutti tämän yhteyden – kävi ilmi, että ne voivat muodostaa mesoneja, jotka ovat raskaampia kuin ensimmäiset löydetyt baryonit. Niinpä nykymaailmassa kvarkkipitoisuus on ainoa asia, joka identifioi hadronin baryoniksi tai mesoniksi.
Mesoneille ja baryoneille on yhteistä se, että vaikka niiden muodostavat kvarkit kantavat väriä, ne itse eivät kanna väriä – ne ovat värineutraaleja. Toisin sanoen niiden kvarkki- ja gluonikomponentit kantavat vahvan voiman varausta, eivät mesonit ja baryonit, joista ne koostuvat.
Lyhyesti sanottuna hadronit ovat kvarkkeja sisältäviä hiukkasia. Baryonit ovat hadroneja, jotka sisältävät kolme kvarkkia, ja mesonit ovat hadroneja, jotka sisältävät kvarkin ja antikvarkin. Toivottavasti seuraavalla kerralla, kun kohtaat näitä termejä, sinun ei tarvitse tarttua Tylenoliin.
-Don Lincoln
Tahdotko määritellä fraasin? Onko sinulla kysymys? Lähetä sähköpostia osoitteeseen [email protected].
Baryonit ja mesonit ovat esimerkkejä hadroneista. Mikä tahansa hiukkanen, joka sisältää kvarkkeja ja kokee vahvan ydinvoiman, on hadroni. Baryonien sisällä on kolme kvarkkia, kun taas mesonien sisällä on yksi kvarkki ja yksi antikvarkki.
Mesonit ovat hiukkasia.