Hadron

Parçacık fiziğinde bir hadron, güçlü etkileşim tarafından bir arada tutulan taneciklerden oluşan bir bileşik parçacıktır. (Benzer şekilde moleküller elektromanyetik kuvvet tarafından bir arada tutulur.)

Hadronlar iki aileye ayrılır: Baryonlar, 3 tanecikten oluşur; mezonlar ise bir tanecik ve bir antitanecikten oluşur. Proton ve nötronlar baryonlara örnektir, pionlar da mezonlara örnektir. 3'ten fazla tanecik içeren hadronlar yakın zamanda keşfedilmiştir. Bir tetrakuark, Z(4430)^-, 2007'de Belle Collaboration tarafından keşfedilmiş ve 2014'te bir rezonans olarak onaylanmıştır.

Hadronlardan protonlar stabil, nötron da atomik çekirdek içinde bağlı ve stabildirler. Diğer hadronlar stabil değildir. Serbest nötronlar 611 saniyelik bir yarı ömürle çöker. Deneysel olarak hadron fiziği protonların ya da ağır elementlerin çekirdeklerinin çarpışması ile çalışılır.

Etimoloji

Hadron terimi Lev B.Okun tarafından 1962'de Uluslararası Yüksek Enerji Fiziği Konferansında tanıtılmıştır. Bu konferansta şunu söylemiştir:

Bu raporun zayıf etkileşimlerle ilgilendiği gerçeğini göz ardı ederek, güçlü bir şekilde etkileşen parçacıklardan sıkça bahsedeceğiz. Bu parçacıklar bazı bilimsel sorunlar oluşturmanın yanı sıra aynı zamanda terminolojik sıkıntılar da oluşturmaktadır. Konu "güçlü bir şekilde etkileşen parçacıklar"ın sıfat haline gelmeyen zayıf bir terim olmasındadır. Bu nedenle güçlü bir şekilde etkileşen parçacıklar non-leptonic olarak adlandırılırlar. Bu tanım kesin değildir çünkü, non-leptonic aynı zamanda fotonik olarak da görülebilir. Bu raporda güçlü bir şekilde etkileşen parçacıklara hadron diyeceğim ve buna karşılık gelen çökmelere de hadronik. Umarım bu terminoloji rahatlık sağlar. -Lev B. Okun, 1962

Özellikler

Kuark modeline göre hadronun özellikleri esas olarak değerlik kuarkları tarafından belirlenir. Örneğin, bir proton 2 üst ve bir alt kuarktan oluşur. Bunları toplamak protunun şarjı olan +1'i verir. Kuarklar aynı zamanda renk şarjları da taşısalar da hadronlar renk sınırlaması adlı fenomen yüzünden sıfır renk şarjı taşımalıdır. Bunlar iki en kolay yoldur: farklı renkteki üç farklı kuark ya da bir renkli kuark ve karşı rengi taşıyan bir karşı-kuark. İlk şekildeki hadronlara baryon, ikinci şekildeki hadronlara ise mezon denir.

Ancak hadronlar yalnızca 2 ya da 3 kuarktan oluşmazlar. Güçlü kuvvet gluonları büyük kuarklardn oluşacak enerjiye sahiptirler. Yani, yapay kuark ve antikuarklar, 1:1 lik bir oranla, hadron içindekii kütlesel parçacıkların çoğunluğunu oluştururlar. Kütlesiz yapay gluonlar hadron içindeki parçacıkların numarasal çoğunluğunu oluştururlar.

Tüm atomaltı parçacıklar gibi hadronlar da Poincaré grubunu temsil eden quantum numaralarına sahiptirler: JPC(m). J spin kuantum numarası, P, ana parti ve C de şarj çekimi ve m parçacığın kütlesi. Hadronlar ayrıca temel parçacık kuantum numaraları da taşıyabilirler. Hadronlar rezonans olarak bilinen kararsız durumlara sahiptirler. Her taban halindeki hadron birden çok kararsız hale sahip olabilir; birkaç yüz farklı rezonans parçacık fiziğinde gözlemlenmiştir.

Maddenin diğer fazlarında hadronlar yok olabilirler. Örneğin; çok yüksek sıcaklık ve basınç altında, eğer yeteri kadar temel parçacık kuarkı mevcut değilse, kuantum kronodinamik teorisi(QCD), kuark ve gluonların hadronlar içinde kalmayacağını öngörür. Bu özellik, asimptotik özgürlük olarak da bilinir, deneysel olarak kanıtlamıştır.

Proton dışındaki bütün hadronlar dengesizdir.

Baryonlar

Tüm bilinen baryonlar 3 değerlik kuarkdan oluşur yani fermiyonlardır. Kuarklar baryon sayısı B = 1⁄3 'e yaklaştıkça, baryonlar B=1 baryon sayısına sahiptirler. En iyi bilinen baryonlar proton ve nötronlardır.

Ağustos 2015 itibarı ile bilinen 2 pentakuark vardır: Pc^+(4380) vePc^(4450). İkisi de 2015 yılında LHCb deneyi ile bulunmuştur.

Tüm baryon tipleri bir karşı parçacığa sahiptir. Örneğin, proton iki yukarı kuark ve bir aşağı kuarktan oluşur. Bunun anti parçacık karşılığı olan anti-proton ise iki yukarı anti kuarktan ve bir aşağı anti kuarktan oluşur.

Mezonlar

Mezonlar kuark-antikuark çiftinden oluşan hadronlardır. Bozonlardır yani bütünsel dönmeleri vardır. Baryon sayıları 0'dır. Parçacık fiziği deneylerinde üretilen mezonlar, pion ve kaonlardır. Pionlar ayrıca atomun çekirdeğini bir arada tutmayı sağlarlar.

Prensipte birden fazla kuark-antikuark çifti olan mezonlar olabilir. Bu teorik mezonlara tetrakuark denir. 2000'lerde birden çok tetrakuark adayı bulunmuştur ama durumları hâlâ tartışılmaktadır.

Ayrıca bakınız

Kaynakça

1 - Choi, S.-K.; Belle Collaboration; et al. (2007). "Observation of a resonance-like structure in the π±Ψ′ mass distribution in exclusive B→Kπ±Ψ′ decays". Physical Review Letters 100 (14). arXiv:0708.1790. Bibcode:2008PhRvL.100n2001C. doi:10.1103/PhysRevLett.100.142001.

2 - LHCb collaboration (2014): Observation of the resonant character of the Z(4430)− state

3 - a b R. Aaij et al. (LHCb collaboration) (2015). "Observation of J/ψp resonances consistent with pentaquark states in Λ0 b→J/ψK− p decays". Physical Review Letters 115 (7). doi:10.1103/PhysRevLett.115.072001.

4- Lev B. Okun (1962). "The Theory of Weak Interaction". Proceedings of 1962 International Conference on High-Energy Physics at CERN. Geneva. p. 845. Bibcode:1962hep..conf..845O.

5- C. Amsler et al. (Particle Data Group) (2008). "Review of Particle Physics – Quark Model" (PDF). Physics Letters B 667: 1. Bibcode:2008PhLB..667....1P. doi:10.1016/j.physletb.2008.07.018.

6- S. Bethke (2007). "Experimental tests of asymptotic freedom". Progress in Particle and Nuclear Physics 58 (2): 351. arXiv:hep-ex/0606035. Bibcode:2007PrPNP..58..351B. doi:10.1016/j.ppnp.2006.06.001.

7- Mysterious Subatomic Particle May Represent Exotic New Form of Matter