稳定的共振强子
实验揭示了大量的强子,其中只有质子看起来很稳定。事实上,即使质子不是绝对稳定的,实验表明它的寿命至少超过5.9 × 1033年。相比之下,一个单一中子,不受外力的影响工作在细胞核内,平均寿命接近15分钟腐烂的.然而,在一个原子核内,即使是简单的原子核氘它由一个质子和一个中子组成,这种力的平衡足以延长中子的寿命,因此许多原子核都是稳定的,并且存在各种各样的化学元素。
一些强子通常只存在10个−10到10−8第二。幸运的是,对于实验学家来说,这些粒子通常诞生于这样的高能碰撞中,它们的运动速度接近光速.因此,它们的时间尺度被“拉伸”或“减慢”,因此,在高速粒子的参考系,其寿命可能为10年−10第二,但是,在一个静止的在观察者的参照系中,粒子的寿命要长得多。这种效应被称为时间膨胀在狭义相对论,让静止的粒子探测器记录下这些短命粒子留下的轨迹。这些强子大约有12个,通常被称为“稳定强子”,以区别于寿命更短的强子,后者的寿命通常只有10年−23第二。
稳定强子通常通过弱力.在某些情况下,它们的衰变电磁力,因为电磁力比弱力强,所以寿命会稍微短一些。然而,寿命非常短的强子,数量在200个或更多,衰变通过强大的力量.这种力是如此强大,以至于粒子只能存活大约光穿过粒子所需要的时间;这些粒子几乎一产生就会衰变。
这些非常短命的粒子被称为共振因为他们被看作是共振现象;它们的寿命太短,无法用其他方法观测。共振当系统吸收较多时发生能源因为能量是在系统自身的固有频率下提供的。例如,士兵们在过桥时会放慢脚步,因为他们有节奏的行进可以使桥产生共鸣——使它以自己的固有频率振动——这样它就会吸收足够的能量来造成破坏。亚原子粒子共振当相互碰撞的粒子的净能量刚好足以产生新粒子的静止质量时,强作用力会在10内将其分解−23第二。的吸收能量,或其随后以粒子形式释放的共振衰变,揭示了当碰撞粒子的能量变化时。
重子而且介子
强子,无论是稳定的还是共振的,可以分为两类:重子而且介子.最初的名称是指两组粒子的相对质量。重子(重子来自希腊语,意思是“重”)包括质子和更重的粒子;介子(源自希腊语,意为“介子之间”)是质量介于介子和介子之间的粒子电子还有质子。然而,现在,名字重子指的是任何由3组成的粒子夸克,如质子和中子。另一方面,介子是由夸克结合用反夸克。如本节所述强大的力量这是强作用力允许的唯一两种夸克和反夸克的组合。
这两组强子在重子数的性质上也有区别。重子的特征是a重子数,B,为1;反重子的重子数为−1;介子,轻子和信使粒子的重子数是0。重子数是相加的;因此,一个原子含有一个质子和一个中子(每个重子数为1)的重子数为2。因此夸克的重子数必须是1/3.,反夸克的重子数为−1/3.,以便在它们结合形成重子和介子时给出正确的1或0值。
的经验重子守恒定律指出在任何反应中重子的总数必须保持不变。如果有重子被创造出来,那么必然会有等量的反重子,这在原则上否定了重子。重子数守恒解释了质子的明显稳定性。质子不会衰变成较轻的正电荷粒子,比如正电子或者说介子,因为这些粒子的重子数是0。然而,中子和其他重子可以衰变为较轻的质子,因为重子的总数不会改变。
在更详细的层面上,重子和介子是有区别的从他们的自旋.基本夸克和反夸克的自旋为1/2(它可以朝向两个方向中的任何一个)。当三个夸克结合形成一个重子时,它们的自旋加起来只能是半整数值。相反,当夸克和反夸克结合形成介子时,它们的自旋加起来总是整数值。因此,重子被归类为费米子在标准模型的粒子物理,而介子被归类为玻色子.