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Barione

particella subatomica composta da tre quark
(Reindirizzamento da Lista dei barioni)

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.

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 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

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

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/ψK−p, 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.

Proprietà

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Lista dei barioni

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 = 3⁄2, mentre J = 1⁄2 è proibito dal principio di esclusione di Pauli.
  • I barioni composti da due tipi di quark (uud, uus, ...) possono esistere sia in configurazione J = 1⁄2 sia in J = 3⁄2.
  • I barioni composti da tre tipi di quark (uds, udc, ...) possono esistere sia in configurazione J = 1⁄2 sia in J = 3⁄2. Per questi barioni sono possibili due configurazioni con J = 1⁄2.

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+

JP = barioni 1/2+
Nome della particellaSimboloQuark
contenuti		Massa a riposo (MeV/c2)IJPQ (e)SCB'vita media (s)Comunemente decade in
nucleone/protone[18]p / p+ / N+uud938,272 029 ± 0,000080 [a]1/21/2++1000StabileInosservati
nucleone/neutrone[19]n / n⁰ / N⁰udd939,565 360±0,000 081 [a]1/21/2+00008,857 ± 0,008×102 [c]p+ + e⁻ +
Lambda[20]Λ⁰uds1115,683 ± 0,00601/2+0−1002,631 ± 0,020×10−10p+ + π⁻ o

n⁰ + π⁰

Lambda charmed[21]Λ+cudc2286,46 ± 0,1401/2++10+102,00 ± 0,06×10−13Vedi modi di decadimento di Λ+c
Lambda bottom[22]Λ⁰budb5620,2 ± 1,601/2+000−11,409 +0,055×10−12
1,409−0,054×10−12		Vedi modi di decadimento di Λ⁰b
Sigma[23]Σ+uus1189,37 ± 0,0711/2++1−1008,018 ± 0,026×10−11p+ + π⁰ o
n⁰ + π+
Sigma[24]Σ⁰uds1192,642 ± 0,02411/2+0−1007,4 ± 0,7×10−20Λ⁰ + γ
Sigma[25]Σ⁻dds1197,449 ± 0,03011/2+−1−1001,479 ±0,011×10−10n⁰ + π⁻
Sigma charmed[26]Σ++c(2455)uuc2454,02 ± 0,1811/2++20+103,0 ± 0,4×10−22 [d]Λ+c + π+
Sigma charmed[26]Σ+c(2455)udc2452,9 ± 0,411/2++10+10>1,4×10−22 [d]Λ+c + π⁰
Sigma charmed[26]Σ⁰c(2455)ddc2453,76 ± 0,1811/2+00+103,0 ± 0,5×10−22 [d]Λ+c + π⁻
Sigma bottom[27]Σ+b(? [e])uub5807,8 ± 2,711/2++100−1SconosciutaΛ⁰b + π+
Sigma bottom †Σ⁰b(? [e])udbSconosciuta11/2+000−1SconosciutaSconosciuti
Sigma bottom[27]Σ⁻b(? [e])ddb5815,2 ± 2,011/2+−100−1SconosciutaΛ⁰b + π⁻
Xi[28]Ξ⁰uss1314,86 ± 0,201/21/2+0−2002,90 ± 0,09×10−10Λ⁰ + π⁰
Xi[29]Ξ⁻dss1321,71 ± 0,071/21/2+−1−2001,639 ± 0,015×10−10Λ⁰ + π⁻
Xi charmed[30]Ξ+cusc2467,9 ± 0,41/21/2++1−1+104,42 ± 0,26×10−13Vedi modi di decadimento di Ξ+c
Xi charmed[31]Ξ⁰cdsc2471,0 ± 0,41/21/2+0−1+101,12 +0,13×10−13
1,12 −0,10×10−13		Vedi modi di decadimento di Ξ⁰c
Xi charmed primo[32]Ξ′+cusc2575,7 ± 3,11/21/2++1−1+10SconosciutaΞ+c + γ (osservati)
Xi charmed primo[33]Ξ′⁰cdsc2578,0 ± 2,91/21/2}++1−1+10SconosciutaΞ⁰c + γ (osservati)
Xi doppio charmed [f]Ξ++ccucc3621,40 ± 0,72 ± 0,27 ± 0,141/21/2++20+20SconosciutaΛ+c + K⁻ + π+ + π+
Xi doppio charmed [f][34]Ξ+ccdcc3518,9 ± 0,9 [f]1/21/2++10+20< 3,3×10−14 [f]Λ+c + K⁻ + π+ [f] o

p+ + D+ + K⁻ [f]

Xi bottom[35]
(o Cascata B)		Ξ⁰busbSconosciuta1/21/2+0−10−11,42 + 0,28 ×10−12

1,42 −0,24 ×10−12 [g]

Vedi modi di decadimento di Ξ⁰b
Xi bottom[35]
(o Cascata B)		Ξ⁻bdsb5792,4 ± 3,01/21/2+−1−10−11,42 + 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′⁰busbSconosciuta01/2+0−10−1SconosciutaSconosciuti
Xi bottom primo †Ξ′⁻bdsbSconosciuta01/2+0−10−1SconosciutaSconosciuti
Xi doppio bottom †Ξ⁰bbubbSconosciuta1/21/2+000−2SconosciutaSconosciuti
Xi doppio bottom †Ξ⁻bbdbbSconosciuta1/21/2+−100−2SconosciutaSconosciuti
Xi bottom charmed †Ξ+cbucbSconosciuti1/21/2++10+1−1SconosciutaSconosciuti
Xi bottom charmed †Ξ⁰cbdcbSconosciuta1/21/2+00+1−1SconosciutaSconosciuti
Xi bottom charmed primo†Ξ′+cbucbSconosciuta01/2++10+1−1SconosciutaSconosciuti
Xi bottom charmed primo†Ξ′⁰cbdcbSconosciuta01/2++10+1−1SconosciutaSconosciuti
Omega charmed[36]Ω⁰cssc2697,5 ± 2,601/2+0−2+106,9 ± 1,2×10−14Vedi modi di decadimento di Ω⁰c
Omega bottom[37]Ω⁻bssb6165 ± 2301/2+−1−20−11,13 + 0,55 ×10−12
1,13 −0,42 ×10−12		(Ω⁻ + J/ψ osservati)
Omega doppio charmed †Ω+ccsccSconosciuta01/2++1−1+20SconosciutaSconosciuti
Omega bottom charmed †Ω⁰cbscbSconosciuta01/2+0−1+1−1SconosciutaSconosciuti
Omega bottom charmed primo†Ω′⁰cbscbSconosciuta01/2+0−1+1−1SconosciutaSconosciuti
Omega doppio bottom †Ω⁻bbsbbSconosciuta01/2+−1−10−2SconosciutaSconosciuti
Omega doppio bottom charmed †Ω+ccbccbSconosciuta01/2++10+2−1SconosciutaSconosciuti
Omega doppio bottom charmed †Ω⁰cbbcbbSconosciuta01/2+00+1−2SconosciutaSconosciuti

† 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.[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 Ξ∓l∓. Probabilmente la miscela (mix) è principalmente Ξb con qualche Λb.

JP = barioni 3/2 +

JP = barioni 3/2+
Nome della particellaSimboloQuark
contenuti		Massa a riposo (MeV/c2)IJPQ (e)SCB'vita media (s)Comunemente decade in
Delta[38]Δ++ (1232)uuu1232 ± 13/23/2++20005,58 ± 0,09×10−24 [h]p+ + π+
Delta[38]Δ+(1232)uud1232 ± 13/23/2++10005,58 ± 0,09×10−24[h]π+ + n0 o
π0 + p
Delta[38]Δ⁰ (1232)udd1232 ± 13/23/2+00005,58 ± 0,09×10−24[h]π⁰ + n⁰ o
π⁻ + p+
Delta[38]Δ⁻(1232)ddd1232 ± 13/23/2+−10005,58 ± 0,09×10−24 [h]π⁻ + n⁰
Sigma[39]Σ∗+(1385)uus1382,8 ± 0,413/2++1−1001,84 ± 0,04×10−23 [h]Λ⁰ + π+ o
Σ+ + π⁰ o
Σ⁰ + π+
Sigma[39]Σ∗0(1385)uds1383,7 ± 1,013/2+0−1001,8±0,3×10−23[h]Λ⁰ + π⁰ o
Σ+ + π⁻ o
Σ⁰ + π⁰
Sigma[39]Σ∗⁻(1385)dds1387,2 ± 0,513/2+−1−1001,67 ± 0,09×10−23 [h]Λ⁰ + π⁻ o
Σ⁰ + π⁻ o
Σ⁻ + π⁰
Sigma charmed[40]Σ∗++c(2520)uuc2518,4 ± 0,613/2 ++20+104,4 ± 0,6×10−23 [h]Λ+c + π+
Sigma charmed[40]Σ∗+c(2520)udc2517,5 ± 2,313/2 ++10+10> 3,9×10−23 [h]Λ+c + π⁰
Sigma charmed[40]Σ∗⁰c(2520)ddc2518,0 ± 0,513/2 +00+104,1 ± 0,5×10−23 [h]Λ+c + π⁻
Sigma bottom[41]Σ∗+buub5829,0 ± 3,413/2 ++100−1SconosciutaΛ⁰b + π+
Sigma bottom †Σ∗⁰budbSconosciuta13/2 +000−1SconosciutaSconosciuti
Sigma bottom[41]Σ∗⁻bddb5836,4 ± 2,813/2 +−100−1SconosciutaΛ⁰b + π⁻
Xi[42]Ξ∗0(1530)uss1531,80 ± 0,321/23/2+0−2007,2 ± 0,4×10−23 [h]Ξ⁰ + π⁰ o
Ξ⁻ + π+
Xi[42]Ξ∗⁻(1530)dss1535,0 ± 0,61/23/2+−1−2006,7 +1,1 ×10−23
6,7 −1,2 ×10−23 [h]		Ξ⁰ + π⁻ o
Ξ⁻ + π⁰
Xi charmed[43]Ξ∗+c(2645)usc2646.6 ± 1,41/23/2 ++1−1+102,1×10−22 [h]Ξ+c + π⁰ (osservati)
Xi charmed[43]Ξ∗0c(2645)dsc2646,1 ± 1,21/23/2 +0−1+10> 1,2×10−22 [h]Ξ+c + π⁻ (osservati)
Xi doppio charmed †Ξ∗++ccuccSconosciuta1/23/2 ++20+20SconosciutaSconosciuti
Xi doppio charmed†Ξ∗+ccdccSconosciuta1/23/2 ++10+20SconosciutaSconosciuti
Xi bottom[44]Ξ∗0busb5945.0 ± 2.81/23/2 +0−10−1SconosciutaΞ⁻b + π+ o
Ξ+b + π-
Xi bottom †Ξ∗⁻bdsbSconosciuta1/23/2 +−1−10−1SconosciutaSconosciuti
Xi doppio bottom †Ξ∗0bbubbSconosciuta1/23/2 +000−2SconosciutaSconosciuti
Xi doppio bottom †Ξ∗⁻bbdbbSconosciuta1/23/2 +−100−2SconosciutaSconosciuti
Xi bottom charmed †Ξ∗+cbucbSconosciuta1/23/2 ++10+1−1SconosciutaSconosciuti
Xi bottom charmed †Ξ∗0cbdcbSconosciuta1/23/2 +00+1−1SconosciutaSconosciuti
Omega[45]Ω⁻sss1672,45 ± 0,2903/2+−1−3008,21 ± 0,11×10−11 [h]Λ⁰ + K⁻ o
Ξ⁰ + π⁻ o
Ξ⁻ + π⁰
Omega charmed[46]Ω∗0c(2770)ssc2768,3 ± 1,503/2 +0−2+10SconosciutaΩ⁰c + γ
Omega bottom †Ω∗⁻bssbSconosciuta03/2 +−1−20−1SconosciutaSconosciuti
Omega doppio charmed †Ω∗+ccsccSconosciuta03/2 ++1−1+20SconosciutaSconosciuti
Omega bottom charmed †Ω∗0cbscbSconosciuta03/2 +0−1+1−1SconosciutaSconosciuti
Omega doppio bottom †Ω∗⁻bbsbbSconosciuta03 +−1−10−2SconosciutaSconosciuti
Omega triplo charmed †Ω++ccccccSconosciuta03/2 ++20+30SconosciutaSconosciuti
Barione omega doppio charmed †Ω∗+ccbccbSconosciuta03/2 ++10+2−1SconosciutaSconosciuti
Barione omega doppio bottom charmed†Ω∗0cbbcbbSconosciuta03/2 +00+1−2SconosciutaSconosciuti
Omega triplo bottom †Ω⁻bbbbbbSconosciuta03/2 +−100−3SconosciutaSconosciuti

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

Note

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  • ^ J.-P. Macquart, A census of baryons in the Universe from localized fast radio bursts, vol. 581, Nature, 2020, pp. 391–395, DOI:10.1038/s41586-020-2300-2.
  • ^ a b H. Muir (2003)
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  • ^ <Due nuove particelle da Lhc | Wired Italia
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  • ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – Σ+
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  • ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – Ξ⁰
  • ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – Ξ⁻
  • ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – Ξ+c
  • ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – Ξ⁰c
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  • ^ a b C. Amsler et al. (2008): Particle listings – Ξ (1530)
  • ^ a b C. Amsler et al. (2008): Particle listings – Ξ∗+c(2645)
  • ^ The CMS Collaboration. (2012): Observation of an excited Ξb baryon)
  • ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – Ω⁻
  • ^ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – Ω0c(2770)

    • Bibliografia

    Voci correlate

    Altri progetti

    Collegamenti esterni

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