Сколько кварков в барионе?

[Anton_Peplov]

Физическая энциклопедия говорит, что барионы состоят из трёх кварков, но теоретически предсказаны барионы и из пяти кварков. Как я понимаю, именно их нашли в 2015 году на LHC.
Что-то я слышал о том, что и семикварковые частицы теоретически возможны.

Будет ли истинным высказывание, что элементарная частица состоит из нечетного (и более одного) числа кварков, если и только если она барион?

[warlock66613]

Если исходить из чистой арифметики, то получается, что больше $33$ кварков в один барион никак не впихнуть.Хотя смотря как считать.

[Pphantom]

Anton_Peplov в сообщении #1254661 писал(а):

Будет ли истинным высказывание, что элементарная частица состоит из нечетного (и более одного) числа кварков, если и только если она барион?

Да. Собственно, с формальной точки зрения барион - это частица с ненулевым барионным числом $B = (q^{+}-q^{-})/3$, где $q^+$ - количество кварков, а $q^-$ - количество антикварков, причем $B$ обязательно целое. Отсюда исходное утверждение можно получить как минимум просто перебором.

[Munin]

Загадка состава адронов давно мучит теоретиков.

Классически выделяются мезоны $q\bar{q}$ и барионы $qqq.$ Их известны сотни (порядка 200-400 и тех и других, см. PDGlive), и они "очень хорошие" (медленно распадаются, узкие чёткие пики).

Ещё с самого начала кварковой теории стало ясно, что бесцветных комбинаций можно составить много других:
- $g^n$ - без кварков - глюболы;
- $qq\bar{q}\bar{q}$ - тетракварки;
- $qqqq\bar{q}$ - пентакварки;
- $qqqqqq$ и $qqq\bar{q}\bar{q}\bar{q}$ - гексакварки, и так далее...
Однако их никак не могли найти, а скоро стало ясно, что их часто довольно трудно отличить от более простых частиц с теми же квантовыми числами.

Объяснения этому толком нет. По-видимому, они недостаточно "склеены" и слишком легко распадаются на барионы и мезоны, чтобы играть большую роль.

Поиск затянулся на десятилетия. В 2000-х - 2010-х годах постепенно появились несколько заявлений, что несколько состояний наилучшим образом объясняются именно как тетракварк, пентакварк и (не помню точно) глюбол. Но уверенность в этом росла очень медленно (и кажется, ещё не выросла достаточно для всего сообщества), так что их "открытие" прошло скорее без помпы. Не будет преувеличением сказать, что для большинства физиков класс адронов на практике до сих пор исчерпывается $q\bar{q}$ и $qqq.$

Вместе с тем, сообщество готово к сдвигу терминологии, когда все частицы с $B=0$ называются мезонами, независимо от кваркового состава (и включают в себя глюболы и тетракварки), все частицы с $B=\pm 1$ - барионами (и включают в себя пента- и 7-кварки), все частицы с $B=\pm 2$ - дибарионами (легчайший - гексакварк), и так далее. Тем более что экспериментаторы этим уже практически и пользуются.

Также остро рекомендуется прочитать про "валентные и морские кварки", например,
Хелзен, Мартин. Кварки и лептоны.
примерно начиная с рис. 9.7 на стр. 239.

[Anton_Peplov]

Спасибо!

[Munin]

P. S. Почему избыток кварков над антикварками кратен 3, понятно?

[Anton_Peplov]

Неа.

[Munin]

Почему только комбинации с избытком, кратным 3, могут быть бесцветными, понятно?

Адрон должен быть бесцветным. Это одна из сторон явления, называемого "конфайнмент". При попытке создать цветную частицу, она взаимодействует с другой цветной частицей слишком сильно, и их нельзя разнести на бесконечность. (Разнести можно, но вложенная энергия породит новые кварки, и разнесённые частицы окажутся снова бесцветными.) На пальцах см.
Окунь. Физика элементарных частиц. Параграф 3.10.

[Anton_Peplov]

Ага, спасибо.