Barione

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 barione è una particella subatomica non elementare costituita da un numero dispari (almeno 3) di quark di valenza. In quanto composti da quark i barioni appartengono alla famiglia degli adroni e prendono parte all'interazione forte. Avendo spin semintero sono fermioni.

Il termine barione fu proposto da Abraham Pais e deriva dal greco βαρύς (barýs), che significa "pesante", 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, e il restante 30 o 40% nel mezzo intergalattico tiepido-caldo (WHIM).

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 (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*-

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), ma la loro esistenza non è generalmente accettata. In particolare, nel 2006 e nel 2008 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 Λらむだ0b → J/ψぷさいK⁻p, con una significatività statistica combinata di 15 σしぐま.

In teoria, potrebbero esistere anche gli eptaquark (5 quark, 2 antiquark), i nonaquark (6 quark, 3 antiquark), ecc.

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. 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.

J^P = barioni 1/2⁺

J^P = barioni 1/2⁺

Nome della particella	Simbolo	Quark contenuti	Massa a riposo (MeV/c2)	I	JP	Q (e)	S	C	B'	vita media (s)	Comunemente decade in
nucleone/protone	p / p+ / N+	uud	938,272 029 ± 0,000080 [a]	1/2	1/2+	+1	0	0	0	Stabile	Inosservati
nucleone/neutrone	n / n⁰ / N⁰	udd	939,565 360±0,000 081 [a]	1/2	1/2+	0	0	0	0	8,857 ± 0,008×102 [c]	p+ + e⁻ + ${\bar {\nu }}_{e}$
Lambda	Λらむだ⁰	uds	1115,683 ± 0,006	0	1/2+	0	−1	0	0	2,631 ± 0,020×10−10	p+ + πぱい⁻ o n⁰ + πぱい⁰
Lambda charmed	Λらむだ+c	udc	2286,46 ± 0,14	0	1/2+	+1	0	+1	0	2,00 ± 0,06×10−13	Vedi modi di decadimento di Λらむだ+c
Lambda bottom	Λらむだ⁰b	udb	5620,2 ± 1,6	0	1/2+	0	0	0	−1	1,409 +0,055×10−12 1,409−0,054×10−12	Vedi modi di decadimento di Λらむだ⁰b
Sigma	Σしぐま+	uus	1189,37 ± 0,07	1	1/2+	+1	−1	0	0	8,018 ± 0,026×10−11	p+ + πぱい⁰ o n⁰ + πぱい+
Sigma	Σしぐま⁰	uds	1192,642 ± 0,024	1	1/2+	0	−1	0	0	7,4 ± 0,7×10−20	Λらむだ⁰ + γがんま
Sigma	Σしぐま⁻	dds	1197,449 ± 0,030	1	1/2+	−1	−1	0	0	1,479 ±0,011×10−10	n⁰ + πぱい⁻
Sigma charmed	Σしぐま++c(2455)	uuc	2454,02 ± 0,18	1	1/2+	+2	0	+1	0	3,0 ± 0,4×10−22 [d]	Λらむだ+c + πぱい+
Sigma charmed	Σしぐま+c(2455)	udc	2452,9 ± 0,4	1	1/2+	+1	0	+1	0	>1,4×10−22 [d]	Λらむだ+c + πぱい⁰
Sigma charmed	Σしぐま⁰c(2455)	ddc	2453,76 ± 0,18	1	1/2+	0	0	+1	0	3,0 ± 0,5×10−22 [d]	Λらむだ+c + πぱい⁻
Sigma bottom	Σしぐま+b(? [e])	uub	5807,8 ± 2,7	1	1/2+	+1	0	0	−1	Sconosciuta	Λらむだ⁰b + πぱい+
Sigma bottom †	Σしぐま⁰b(? [e])	udb	Sconosciuta	1	1/2+	0	0	0	−1	Sconosciuta	Sconosciuti
Sigma bottom	Σしぐま⁻b(? [e])	ddb	5815,2 ± 2,0	1	1/2+	−1	0	0	−1	Sconosciuta	Λらむだ⁰b + πぱい⁻
Xi	Ξくしー⁰	uss	1314,86 ± 0,20	1/2	1/2+	0	−2	0	0	2,90 ± 0,09×10−10	Λらむだ⁰ + πぱい⁰
Xi	Ξくしー⁻	dss	1321,71 ± 0,07	1/2	1/2+	−1	−2	0	0	1,639 ± 0,015×10−10	Λらむだ⁰ + πぱい⁻
Xi charmed	Ξくしー+c	usc	2467,9 ± 0,4	1/2	1/2+	+1	−1	+1	0	4,42 ± 0,26×10−13	Vedi modi di decadimento di Ξくしー+c
Xi charmed	Ξくしー⁰c	dsc	2471,0 ± 0,4	1/2	1/2+	0	−1	+1	0	1,12 +0,13×10−13 1,12 −0,10×10−13	Vedi modi di decadimento di Ξくしー⁰c
Xi charmed primo	Ξくしー′+c	usc	2575,7 ± 3,1	1/2	1/2+	+1	−1	+1	0	Sconosciuta	Ξくしー+c + γがんま (osservati)
Xi charmed primo	Ξくしー′⁰c	dsc	2578,0 ± 2,9	1/2	1/2}+	+1	−1	+1	0	Sconosciuta	Ξくしー⁰c + γがんま (osservati)
Xi doppio charmed [f]	Ξくしー++cc	ucc	3621,40 ± 0,72 ± 0,27 ± 0,14	1/2	1/2+	+2	0	+2	0	Sconosciuta	Λらむだ+c + K⁻ + πぱい+ + πぱい+
Xi doppio charmed [f]	Ξくしー+cc	dcc	3518,9 ± 0,9 [f]	1/2	1/2+	+1	0	+2	0	< 3,3×10−14 [f]	Λらむだ+c + K⁻ + πぱい+ [f] o p+ + D+ + K⁻ [f]
Xi bottom (o Cascata B)	Ξくしー⁰b	usb	Sconosciuta	1/2	1/2+	0	−1	0	−1	1,42 + 0,28 ×10−12 1,42 −0,24 ×10−12 [g]	Vedi modi di decadimento di Ξくしー⁰b
Xi bottom (o Cascata B)	Ξくしー⁻b	dsb	5792,4 ± 3,0	1/2	1/2+	−1	−1	0	−1	1,42 + 0,28 ×10−12 1,42 −0,24 ×10−12 [g]	Vedi modi di decadimento di Ξくしー⁻b (furono osservati anche Ξくしー⁻ + J/ψぷさい)
Xi bottom primo†	Ξくしー′⁰b	usb	Sconosciuta	0	1/2+	0	−1	0	−1	Sconosciuta	Sconosciuti
Xi bottom primo †	Ξくしー′⁻b	dsb	Sconosciuta	0	1/2+	0	−1	0	−1	Sconosciuta	Sconosciuti
Xi doppio bottom †	Ξくしー⁰bb	ubb	Sconosciuta	1/2	1/2+	0	0	0	−2	Sconosciuta	Sconosciuti
Xi doppio bottom †	Ξくしー⁻bb	dbb	Sconosciuta	1/2	1/2+	−1	0	0	−2	Sconosciuta	Sconosciuti
Xi bottom charmed †	Ξくしー+cb	ucb	Sconosciuti	1/2	1/2+	+1	0	+1	−1	Sconosciuta	Sconosciuti
Xi bottom charmed †	Ξくしー⁰cb	dcb	Sconosciuta	1/2	1/2+	0	0	+1	−1	Sconosciuta	Sconosciuti
Xi bottom charmed primo†	Ξくしー′+cb	ucb	Sconosciuta	0	1/2+	+1	0	+1	−1	Sconosciuta	Sconosciuti
Xi bottom charmed primo†	Ξくしー′⁰cb	dcb	Sconosciuta	0	1/2+	+1	0	+1	−1	Sconosciuta	Sconosciuti
Omega charmed	Ωおめが⁰c	ssc	2697,5 ± 2,6	0	1/2+	0	−2	+1	0	6,9 ± 1,2×10−14	Vedi modi di decadimento di Ωおめが⁰c
Omega bottom	Ωおめが⁻b	ssb	6165 ± 23	0	1/2+	−1	−2	0	−1	1,13 + 0,55 ×10−12 1,13 −0,42 ×10−12	(Ωおめが⁻ + J/ψぷさい osservati)
Omega doppio charmed †	Ωおめが+cc	scc	Sconosciuta	0	1/2+	+1	−1	+2	0	Sconosciuta	Sconosciuti
Omega bottom charmed †	Ωおめが⁰cb	scb	Sconosciuta	0	1/2+	0	−1	+1	−1	Sconosciuta	Sconosciuti
Omega bottom charmed primo†	Ωおめが′⁰cb	scb	Sconosciuta	0	1/2+	0	−1	+1	−1	Sconosciuta	Sconosciuti
Omega doppio bottom †	Ωおめが⁻bb	sbb	Sconosciuta	0	1/2+	−1	−1	0	−2	Sconosciuta	Sconosciuti
Omega doppio bottom charmed †	Ωおめが+ccb	ccb	Sconosciuta	0	1/2+	+1	0	+2	−1	Sconosciuta	Sconosciuti
Omega doppio bottom charmed †	Ωおめが⁰cbb	cbb	Sconosciuta	0	1/2+	0	0	+1	−2	Sconosciuta	Sconosciuti

^† 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がんま). Qui invece viene data la conversione τたう = ħ/Γがんま.
^[e] I valori specifici del nome non sono stati ancora decisi, ma potrebbero essere vicini a Σしぐま_b(5810).
^[f] Esistono alcune controversie riguardo a questi dati.
^[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くしー^∓l^∓. Probabilmente la miscela (mix) è principalmente Ξくしー_b con qualche Λらむだ_b.

J^P = barioni 3/2 ⁺

J^P = barioni 3/2⁺

Nome della particella	Simbolo	Quark contenuti	Massa a riposo (MeV/c2)	I	JP	Q (e)	S	C	B'	vita media (s)	Comunemente decade in
Delta	Δでるた++ (1232)	uuu	1232 ± 1	3/2	3/2+	+2	0	0	0	5,58 ± 0,09×10−24 [h]	p+ + πぱい+
Delta	Δでるた+(1232)	uud	1232 ± 1	3/2	3/2+	+1	0	0	0	5,58 ± 0,09×10−24[h]	πぱい+ + n0 o πぱい0 + p
Delta	Δでるた⁰ (1232)	udd	1232 ± 1	3/2	3/2+	0	0	0	0	5,58 ± 0,09×10−24[h]	πぱい⁰ + n⁰ o πぱい⁻ + p+
Delta	Δでるた⁻(1232)	ddd	1232 ± 1	3/2	3/2+	−1	0	0	0	5,58 ± 0,09×10−24 [h]	πぱい⁻ + n⁰
Sigma	Σしぐま∗+(1385)	uus	1382,8 ± 0,4	1	3/2+	+1	−1	0	0	1,84 ± 0,04×10−23 [h]	Λらむだ⁰ + πぱい+ o Σしぐま+ + πぱい⁰ o Σしぐま⁰ + πぱい+
Sigma	Σしぐま∗0(1385)	uds	1383,7 ± 1,0	1	3/2+	0	−1	0	0	1,8±0,3×10−23[h]	Λらむだ⁰ + πぱい⁰ o Σしぐま+ + πぱい⁻ o Σしぐま⁰ + πぱい⁰
Sigma	Σしぐま∗⁻(1385)	dds	1387,2 ± 0,5	1	3/2+	−1	−1	0	0	1,67 ± 0,09×10−23 [h]	Λらむだ⁰ + πぱい⁻ o Σしぐま⁰ + πぱい⁻ o Σしぐま⁻ + πぱい⁰
Sigma charmed	Σしぐま∗++c(2520)	uuc	2518,4 ± 0,6	1	3/2 +	+2	0	+1	0	4,4 ± 0,6×10−23 [h]	Λらむだ+c + πぱい+
Sigma charmed	Σしぐま∗+c(2520)	udc	2517,5 ± 2,3	1	3/2 +	+1	0	+1	0	> 3,9×10−23 [h]	Λらむだ+c + πぱい⁰
Sigma charmed	Σしぐま∗⁰c(2520)	ddc	2518,0 ± 0,5	1	3/2 +	0	0	+1	0	4,1 ± 0,5×10−23 [h]	Λらむだ+c + πぱい⁻
Sigma bottom	Σしぐま∗+b	uub	5829,0 ± 3,4	1	3/2 +	+1	0	0	−1	Sconosciuta	Λらむだ⁰b + πぱい+
Sigma bottom †	Σしぐま∗⁰b	udb	Sconosciuta	1	3/2 +	0	0	0	−1	Sconosciuta	Sconosciuti
Sigma bottom	Σしぐま∗⁻b	ddb	5836,4 ± 2,8	1	3/2 +	−1	0	0	−1	Sconosciuta	Λらむだ⁰b + πぱい⁻
Xi	Ξくしー∗0(1530)	uss	1531,80 ± 0,32	1/2	3/2+	0	−2	0	0	7,2 ± 0,4×10−23 [h]	Ξくしー⁰ + πぱい⁰ o Ξくしー⁻ + πぱい+
Xi	Ξくしー∗⁻(1530)	dss	1535,0 ± 0,6	1/2	3/2+	−1	−2	0	0	6,7 +1,1 ×10−23 6,7 −1,2 ×10−23 [h]	Ξくしー⁰ + πぱい⁻ o Ξくしー⁻ + πぱい⁰
Xi charmed	Ξくしー∗+c(2645)	usc	2646.6 ± 1,4	1/2	3/2 +	+1	−1	+1	0	2,1×10−22 [h]	Ξくしー+c + πぱい⁰ (osservati)
Xi charmed	Ξくしー∗0c(2645)	dsc	2646,1 ± 1,2	1/2	3/2 +	0	−1	+1	0	> 1,2×10−22 [h]	Ξくしー+c + πぱい⁻ (osservati)
Xi doppio charmed †	Ξくしー∗++cc	ucc	Sconosciuta	1/2	3/2 +	+2	0	+2	0	Sconosciuta	Sconosciuti
Xi doppio charmed†	Ξくしー∗+cc	dcc	Sconosciuta	1/2	3/2 +	+1	0	+2	0	Sconosciuta	Sconosciuti
Xi bottom	Ξくしー∗0b	usb	5945.0 ± 2.8	1/2	3/2 +	0	−1	0	−1	Sconosciuta	Ξくしー⁻b + πぱい+ o Ξくしー+b + πぱい-
Xi bottom †	Ξくしー∗⁻b	dsb	Sconosciuta	1/2	3/2 +	−1	−1	0	−1	Sconosciuta	Sconosciuti
Xi doppio bottom †	Ξくしー∗0bb	ubb	Sconosciuta	1/2	3/2 +	0	0	0	−2	Sconosciuta	Sconosciuti
Xi doppio bottom †	Ξくしー∗⁻bb	dbb	Sconosciuta	1/2	3/2 +	−1	0	0	−2	Sconosciuta	Sconosciuti
Xi bottom charmed †	Ξくしー∗+cb	ucb	Sconosciuta	1/2	3/2 +	+1	0	+1	−1	Sconosciuta	Sconosciuti
Xi bottom charmed †	Ξくしー∗0cb	dcb	Sconosciuta	1/2	3/2 +	0	0	+1	−1	Sconosciuta	Sconosciuti
Omega	Ωおめが⁻	sss	1672,45 ± 0,29	0	3/2+	−1	−3	0	0	8,21 ± 0,11×10−11 [h]	Λらむだ⁰ + K⁻ o Ξくしー⁰ + πぱい⁻ o Ξくしー⁻ + πぱい⁰
Omega charmed	Ωおめが∗0c(2770)	ssc	2768,3 ± 1,5	0	3/2 +	0	−2	+1	0	Sconosciuta	Ωおめが⁰c + γがんま
Omega bottom †	Ωおめが∗⁻b	ssb	Sconosciuta	0	3/2 +	−1	−2	0	−1	Sconosciuta	Sconosciuti
Omega doppio charmed †	Ωおめが∗+cc	scc	Sconosciuta	0	3/2 +	+1	−1	+2	0	Sconosciuta	Sconosciuti
Omega bottom charmed †	Ωおめが∗0cb	scb	Sconosciuta	0	3/2 +	0	−1	+1	−1	Sconosciuta	Sconosciuti
Omega doppio bottom †	Ωおめが∗⁻bb	sbb	Sconosciuta	0	3 +	−1	−1	0	−2	Sconosciuta	Sconosciuti
Omega triplo charmed †	Ωおめが++ccc	ccc	Sconosciuta	0	3/2 +	+2	0	+3	0	Sconosciuta	Sconosciuti
Barione omega doppio charmed †	Ωおめが∗+ccb	ccb	Sconosciuta	0	3/2 +	+1	0	+2	−1	Sconosciuta	Sconosciuti
Barione omega doppio bottom charmed†	Ωおめが∗0cbb	cbb	Sconosciuta	0	3/2 +	0	0	+1	−2	Sconosciuta	Sconosciuti
Omega triplo bottom †	Ωおめが⁻bbb	bbb	Sconosciuta	0	3/2 +	−1	0	0	−3	Sconosciuta	Sconosciuti

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

Bibliografia

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Voci correlate

• Via dell'ottetto
• Lista dei mesoni
• Particella
• Cronologia della scoperta delle particelle
• Barioni mancanti

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Collegamenti esterni

• (EN) baryon, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.
• (EN) Particle Data Group – Review of Particle Physics (2008).
• (EN) Georgia State University – HyperPhysics
• The Review of Particle Physics, su pdg.lbl.gov.