באריון למדא

באריוני למדא הם משפחה של חלקיקי האדרון תת- אטומיים, המכילים קווארק "למעלה" אחד, קווארק "למטה" אחד, וקווארק שלישי מטעם גבוה יותר, בשילוב בו פונקציית גל קוונטי משתנה לטעם בו כל שני קווארקים מוחלפים (וכך נוצר ההבדל מבאריון סיגמא). לבאריוני הלמדא איזוספין 0, ויש להם מטען חשמלי נייטרלי או מטען אלמנטרי +1.

סקירה כללית[עריכת קוד מקור | עריכה]

באריון למדא $\Lambda ^{0}$ התגלה לראשונה באוקטובר 1950 על ידי ויקטור דויד הופר (באנגלית: Victor David Hopper) וסוקומר ביסוואס (באנגלית: Sukumar Biswas) מאוניברסיטת מלבורן. תחילה הוגדר כחלקיק V^[1] נייטרלי שתוצר דעיכתו הוא פרוטון - מה שמאפיין אותו כבאריון ולא כמזון.^[2] הפרט הזה הבדיל אותו מהקאון (נקרא גם מזון-K. באנגלית: K Meson), אותו גילו ג'ורג' רוצ'סטר (באנגלית: George Rochester) וקליפורד צ'ארלס באטלר (באנגלית: Clifford Charles Butler) בשנת 1947.^[3]

החלקיק נוצר על ידי קרינה קוסמית וזוהה בתוך תחליבי צילום (photographic emoltions) שהוטסו בגובה 21,000 מטרים.^[4] לבאריון למדא יש אורך חיים ממוצע של 10^-10×1~ שניות.^[5] הדבר הפתיע את הקהילה המדעית, שכן היא שיערה שהחלקיק יחיה 10^-23×1~ שניות בלבד.^[6] התכונה שמאפשרת את תוחלת החיים הארוכה יחסית של החלקיק נקראת "מוזרות" (Strangeness), והיא הביאה לגילוי הקווארק המוזר (באנגלית: strange quark). בעקבות הגילויים הללו נוסח עקרון "שימור המוזרות" (באנגלית: Conservation of Strangeness). לפי עיקרון זה, חלקיקים בעלי מסה נמוכה דועכים לאט יותר מחלקיקים אחרים בעלי מסה דומה אם הם מפגינים מוזרות. זאת מכיוון ששיטות לא-חלשות של דעיכת חלקיקים חייבות לשמר את המוזרות של הבאריון הדועך.^[6]

צוות בינלאומי בפרמילאב (קיצור של: מעבדת המאיץ הלאומית על שם פרמי; באנגלית: Fermi National Accelerator Laboratory) החל לחפש אחרי חלקיק חדש בשנים 1974 - 1975. קיומו של החלקיק נחזה בשנת 1963 על ידי ראש הצוות, אריק ברהופ (באנגלית: Eric Burhop), שהציע כי תגובות ניוטרינו יכולות ליצור חלקיקים בעלי תוחלת חיים קצרה. את החלקיקים הנ"ל יהיה אפשר לראות בעזרת תחליב גרעיני (nuclear emulsion).^[7] הצוות שביצע את הניסויים הורכב ממדענים מהפרמילאב, אליהם נוספו מדענים משבע מעבדות אחרות באירופה.

ניסוי E247 בפרמילאב הצליח לזהות חלקיקים שתוחלת חייהם היא באזור 10^-13 שניות. ניסוי המשך (ניסוי WA17) שהתקיים במאיץ הסופר פרוטון סינכרוטרון (Super Proton Synchrotron או בקיצור SPS) אשש את קיומו של $\Lambda _{c}^{+}$ (באריון למדא קסום; באנגלית: Charmed Lambda Baryon). זמן המעוף של החלקיק הנ"ל הוא 10^-13×(0.1 ± 7.3) שניות.^[8]^[9]

הצוות הבינלאומי ב-JLab (מתקן ההאצה הלאומי על שם תומאס ג'פרסון; באנגלית: Thomas Jefferson National Accelerator Facility) השתמש במדידות ספקטרומטר אופטי בעל רזולוציה גבוהה של התגובה $H(e,e'K^{+})X\quad at\quad small\quad Q2(E-05-009)$ כדי לחלץ את הפול פוזישן של החלקיק למדא(1520) במישור האנרגיה המורכב (שהוא הסימן העיקרי של תהודה) בשנת 2011. מסתו של חלקיק למדא(1520) היא m=1518.8MeV ורוחבו הוא 17.2MeV . נראה שהנתונים האלה קטנים יותר מערכיהם המשוערים לפי פילוג ברייט-ויגנר.^[10] ניסוי זה קבע לראשונה הפול פוזישן של היפרון כלשהו.

באריון למדא נצפה גם בהיפר-גרעינים. גרעיני האטומים הללו מכילים מספר פרוטונים ונייטרונים הזהה למספרם בגרעין אטום ידוע, אבל בנוסף יש בהם חלקיק למדא אחד (או שניים - במקרים נדירים).^[11] במצב כזה, באריון הלמדא גולש למרכזו של הגרעין ומחזק את הכוח הגרעיני הפועל על הנוקלאוטידים בגרעין באמצעות תגובתו עם הכוח החזק. יכולתו של באריון למדא להשפיע כך על גרעין האטום נובעת מכך שהוא אינו פרוטון או נייטרון, לכן אינו נמצא תחת השפעת עקרון האיסור של פאולי.

סוגי באריוני למדא[עריכת קוד מקור | עריכה]

באריוני הלמדא מיוצגים לרב לפי הסימנים: $\Lambda ^{0}$ , $\Lambda _{c}^{+}$ , $\Lambda _{b}^{0}$ , $\Lambda _{t}^{+}$ . התו העליון מעיד האם החלקיק הוא בעל מטען חשמלי נייטרלי או שהוא נושא מטען חשמלי חיובי. התו התחתון, או היעדרו, מעיד האם הקווארק השלישי הוא קווארק מוזר (כאשר אין תו תחתון), קווארק קסום (c) קווארק תחתון (b) או קווארק עליון (t). פיזיקאים לא מצפים לחזות בבאריון למדא עם קווארק עליון משום שלפי המודל הסטנדרטי, זמן מחצית החיים של קווארק עליון הוא בקושי 10^-25×5 שניות, שהוא כ־1/20 מזמן מחצית החיים של הכוחות החזקים. הדבר מצביע על כך שהקווארק העליון ידעך לפני שבאריון הלמדא יוכל להפוך להדרון. ^[12]

הסמלים הכלולים ברשימה הם: I (איזוספין), J (מספר המומנט הזוויתי הקוונטי הכולל), Q (מטען), S (מוזרות), C (קסם), B′ (תחתיות), T (עליוניות), u (קווארק למעלה), d (קווארק למטה), s (קווארק מוזר), c (קווארק קסום), b (קווארק תחתון), t (קווארק עליון) וכן חלקיקים תת-אטומיים אחרים.

אנטי חלקיקים לא כלולים בטבלה. בכל אופן כל הקווארקים שלהם ישונו לאנטי קווארקים, ערכי הQ, B, S, C, B′, T יהיו בעלי סימן הפוך. ערכי ה-I, J ו- P שבאדום טרם בוססו באופן מוחלט בידי ניסויים, אך הם משוערים לפי מודל הקווארק וקבועים ביחס למדידות.^[13]^[14] הלמדא העליון ("טופ למדא") כלול לשם השוואה, אך לא מצפים להבחין בו, משום קווארקים עליונים דועכים לפני שהם מספיקים להיהפך להדרון.^[15]

שם החלקיק

סימן

תוכן הקווארק

מסת מנוחה

[MeV/c²]

איזוספין

I

J^P

מטען Q

[e]

מוזרות

S

קסם

C

תחתיות

'B

עליוניות

T

תוחלת החיים האופיינית

[sec]

תוצרי דעיכה שכיחים

למדא

\Lambda ^{0}

uds

0.006 ± 115.683 1

0

½+

0

1-

0

10^-10 × (0.020 ± 2.631)

p^{+}+\pi ^{-}

או

n^{0}+\pi ^{0}

למדא קסום

\Lambda _{c}^{+}

udc

0.14 ± 286.46 2

0

½+

1+

0

1+

0

10^-13 × (0.06 ± 2.00)

ראה מצבי דעיכה של

\Lambda _{c}^{+}

למדא תחתון

\Lambda _{b}^{0}

udb

1.6 ± 620.2 5

0

½+

0

1-

0

10^-12 ×

{\begin{matrix}+0.055\\-0.054\end{matrix}}

1.409

ראה מצבי דעיכה של

\Lambda _{b}^{0}

למדא עליון

\Lambda _{t}^{+}

udt

_

0

½+

1+

0

1+

_

הערות שוליים[עריכת קוד מקור | עריכה]

^ בפיזיקת חלקיקים, V היה שם כללי לחלקיקים תת-אטומיים, כבדים ולא יציבים. החלקיקים הללו מאופיינים בכך שהם דועכים לזוג חלקיקים, וכך יוצרים את צורת האות V בתא הבועות או בגלאי חלקיקים אחרים. השם הכללי "חלקיק V" היה שכיח בעיקר בשנות ה-40 ובשנות ה-50 של המאה ה-20, אך הוא יצא משימוש לאחר שזיהו והעניקו שמות לכל החלקיקים שנפלו תחתיו
^ Hopper, V.D.; Biswas, S. (1950). "Evidence Concerning the Existence of the New Unstable Elementary Neutral Particle". Phys. Rev. 80 (6): 1099
^ Rochester, G. D.; Butler, C. C. (1947). "Evidence for the Existence of New Unstable Elementary Particles". Nature. 160 (4077): 855
^ Pais, Abraham (1986). Inward Bound. Oxford University Press. pp. 21, 511–517
^ [1]Amsler, C.; et al. (2008). "Λ" (PDF). Particle Data Group. Particle listings. Lawrence Berkeley Laboratory.
^ ¹ ² [2]The Strange Quark
^ בפיזיקת חלקיקים ובפיזיקה גרעינית, לוחית תחליב גרעיני היא סוג של לוחית צילום. בדומה לתא בועות, לוחית תחליב גרעינית מציגה את המסלולים של חלקיקים טעונים שעוברים דרכה.
^ Massey, Harrie; Davis, D. H. (November 1981). "Eric Henry Stoneley Burhop 31 January 1911 – 22 January 1980". Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Society. 27: 131–152
^ [3]Burhop, Eric (1933). The Band Spectra of Diatomic Molecules(MSc). University of Melbourne
^ Qiang, Y.; et al. (2010). "Properties of the Lambda(1520) resonance from high-precision electroproduction data". Physics Letters B. 694 (2): 123–128
^ [4] (אורכב 11.02.2017 בארכיון Wayback Machine)"Media Advisory: The Heaviest Known Antimatter". bnl.gov.
^ [5]Quadt, A. (2006). "Top quark physics at hadron colliders"(PDF). European Physical Journal C. 48 (3): 835–1000 (1)
^ [6]Amsler, C.; et al. (2008). "Baryons" (PDF). Particle Data Group. Particle summary tables. Lawrence Berkeley Laboratory.
^ Körner, J. G.; Krämer, M.; Pirjol, D. (1994). "Heavy Baryons". Progress in Particle and Nuclear Physics. 33: 787–868.
^ Ho-Kim, Quang; Pham, Xuan Yem (1998). "Quarks and SU(3) Symmetry". Elementary Particles and Their Interactions: Concepts and Phenomena. Berlin: Springer-Verlag. p. 262.

[1] בפיזיקת חלקיקים, V היה שם כללי לחלקיקים תת-אטומיים, כבדים ולא יציבים. החלקיקים הללו מאופיינים בכך שהם דועכים לזוג חלקיקים, וכך יוצרים את צורת האות V בתא הבועות או בגלאי חלקיקים אחרים. השם הכללי "חלקיק V" היה שכיח בעיקר בשנות ה-40 ובשנות ה-50 של המאה ה-20, אך הוא יצא משימוש לאחר שזיהו והעניקו שמות לכל החלקיקים שנפלו תחתיו

[2] Hopper, V.D.; Biswas, S. (1950). "Evidence Concerning the Existence of the New Unstable Elementary Neutral Particle". Phys. Rev. 80 (6): 1099

[3] Rochester, G. D.; Butler, C. C. (1947). "Evidence for the Existence of New Unstable Elementary Particles". Nature. 160 (4077): 855

[4] Pais, Abraham (1986). Inward Bound. Oxford University Press. pp. 21, 511–517

[5] [1]Amsler, C.; et al. (2008). "Λ" (PDF). Particle Data Group. Particle listings. Lawrence Berkeley Laboratory.

[:0-6] ¹ ² [2]The Strange Quark

[7] בפיזיקת חלקיקים ובפיזיקה גרעינית, לוחית תחליב גרעיני היא סוג של לוחית צילום. בדומה לתא בועות, לוחית תחליב גרעינית מציגה את המסלולים של חלקיקים טעונים שעוברים דרכה.

[8] Massey, Harrie; Davis, D. H. (November 1981). "Eric Henry Stoneley Burhop 31 January 1911 – 22 January 1980". Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Society. 27: 131–152

[9] [3]Burhop, Eric (1933). The Band Spectra of Diatomic Molecules(MSc). University of Melbourne

[10] Qiang, Y.; et al. (2010). "Properties of the Lambda(1520) resonance from high-precision electroproduction data". Physics Letters B. 694 (2): 123–128

[11] [4] (אורכב 11.02.2017 בארכיון Wayback Machine)"Media Advisory: The Heaviest Known Antimatter". bnl.gov.

[12] [5]Quadt, A. (2006). "Top quark physics at hadron colliders"(PDF). European Physical Journal C. 48 (3): 835–1000 (1)

[13] [6]Amsler, C.; et al. (2008). "Baryons" (PDF). Particle Data Group. Particle summary tables. Lawrence Berkeley Laboratory.

[14] Körner, J. G.; Krämer, M.; Pirjol, D. (1994). "Heavy Baryons". Progress in Particle and Nuclear Physics. 33: 787–868.

[15] Ho-Kim, Quang; Pham, Xuan Yem (1998). "Quarks and SU(3) Symmetry". Elementary Particles and Their Interactions: Concepts and Phenomena. Berlin: Springer-Verlag. p. 262.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]