Hadron? Baryon? Meson? Wat is wat? Wie is wie? En waarom plakken natuurkundigen het achtervoegsel “on” op de naam van vrijwel elk deeltje dat ze tegenkomen?
In tegenstelling tot de NFL is het bij football op middelbare scholen gebruikelijk dat de spelers niet met hun naam op de rug op de shirts staan. Dat kan het kijken naar een wedstrijd erg verwarrend maken voor de toevallige toeschouwer. Terwijl de deskundigen zonder nadenken weten wie wie is, kan de toevallige toeschouwer gemakkelijk uit het oog verliezen welke speler wie is zonder een lijst die het nummer van elk shirt koppelt aan de naam van de speler.
De deeltjesfysica heeft een aantal van dezelfde problemen met al die deeltjesnamen die eindigen op “on”. Het is genoeg om je een enorme hoofdpijn te bezorgen. Insiders herkennen ze op het eerste gezicht, maar voor niet-experts zou een lijst die ze identificeert zeer nuttig zijn. In de Nutshell van deze week gaan we er drie identificeren en uitleggen hoe ze met elkaar in verband staan. De drie klassen van deeltjes zijn hadronen, mesonen en baryonen.
Eerstens, alle drie termen duiden klassen van deeltjes aan. Hadronen zijn deeltjes die de sterke kernkracht ondervinden. Dit betekent dat zij quarks bevatten. Een baryon is een type hadron, en het bevat drie quarks. Een meson is ook een type hadron, en het bevat één quark en één antiquark. Naar analogie van het dierenrijk komt de term hadron overeen met de term dier, terwijl de termen meson en baryon zouden kunnen overeenkomen met de indelingen zoogdier en reptiel.
Historisch gezien impliceerde de naam baryon een zwaar subatomair deeltje, terwijl de term meson werd gegeven aan deeltjes met veel lagere massa’s. Dit kan worden afgeleid uit de Griekse etymologische wortels van de woorden – “barys” voor zwaar en “mesos” voor intermediair. (Er zijn ook deeltjes die leptonen worden genoemd, van het Griekse “leptos”, dat licht betekent, maar deze deeltjes zijn geen hadronen en worden hier niet besproken). In de jaren zestig was de identificatie van baryonen als zware deeltjes en van mesonen als deeltjes met een gemiddelde massa absoluut. Maar de ontdekking van de zwaardere charm- en bottom-quark maakte dat verband ongedaan – zij bleken mesonen te kunnen vormen die zwaarder waren dan de vroegst ontdekte baryonen. Dus in de moderne wereld is de quark inhoud het enige dat een hadron identificeert als een baryon of een meson.
Eén ding dat mesonen en baryonen gemeen hebben is dat, ook al dragen hun samenstellende quarks kleur, zij zelf dat niet doen – zij zijn kleurneutraal. Dat wil zeggen, het zijn hun quark- en gluonbestanddelen die de lading van de sterke kracht dragen, niet de mesonen en baryonen waaruit ze bestaan.
In het kort, hadronen zijn deeltjes die quarks bevatten. Baryonen zijn hadronen die drie quarks bevatten, en mesonen zijn hadronen die een quark en een antiquark bevatten. Hopelijk hoeft u de volgende keer dat u deze termen tegenkomt, niet naar de Tylenol te grijpen.
-Don Lincoln
Wilt u een uitdrukking gedefinieerd zien? Hebt u een vraag? E-mail [email protected].
Baryonen en mesonen zijn voorbeelden van hadronen. Elk deeltje dat quarks bevat en de sterke kernkracht ondervindt, is een hadron. Baryonen hebben drie quarks in zich, terwijl mesonen een quark en een antiquark hebben.