Δ-Baryon

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Delta-Baryon (Δ+++0)

Klassifikation
Fermion
Hadron
Baryon
Eigenschaften[1]
elektrische Ladung 0, ±1 oder +2 e
Ruheenergie ≈1232 MeV
SpinParität 32+
Isospin 32   (Iz = ±32, ±½)
Zerfallsbreite ≈118 MeV
Valenzquarks uuu, uud, udd, ddd

Die Δ-Baryonen (Delta-Baryonen) oder Delta-Resonanzen sind Baryonen, die aus Up- und Down-Quarks bestehen. Sie besitzen Spin und Isospin 32.

Es gibt vier verschiedene Δ-Baryonen, die meist durch ihre elektrische Ladung gekennzeichnet werden:  Δ++, Δ+, Δ0 und Δ.
Δ+ und Δ0 bestehen aus den gleichen Quarks wie die Nukleonen Proton und Neutron und können deshalb als deren Spinanregung aufgefasst werden.

Es wurde als erste Pion-Nukleon-Resonanz 1951 am Zyklotron in Chicago von Herbert L. Anderson, Enrico Fermi, E. A. Long und Darrah E. Nagle entdeckt.[2][3] Beobachtet wurde eine Resonanz bei einer Energie der an Protonen gestreuten Pionen von etwa 180 MeV. Sie wurde von Keith Brueckner mit dem Isospin-Modell von Pionen und Nukleonen erklärt.

Das SU(3)-Baryon-Dekuplett.

Die vier Δ-Baryonen gehören dem SU(3)-Dekuplett an. Sie unterscheiden sich durch ihren Quarkinhalt, welcher abstrakt als Isospin-32-Vektor im Flavourraum aufgefasst werden kann. Der Quarkinhalt der Δ-Baryonen lautet

Symbol Quarkinhalt Isospin-z-Komponente
Δ++ uuu +32
Δ+ uud
Δ0 udd −½
Δ ddd 32

Δ-Baryonen zerfallen zu nahezu 100 % in ein Nukleon und ein Pion. Ein sehr geringer Anteil (<1 %) der Δ+ und Δ0 zerfällt unter Aussenden eines Photons in ein Nukleon.[1]

Historische Bedeutung

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Die Quarks im Δ-Baryon befinden sich im Grundzustand (1s), haben parallel ausgerichtete Spins und im Fall von Δ++ und Δ den gleichen Flavour. Dennoch ist das Pauli-Prinzip nicht verletzt, weil es mit der Farbladung einen weiteren Freiheitsgrad gibt, durch den sich die Quarks unterscheiden.

Die Existenz des Spin-32-Dekupletts mit Δ++ und Δ war bei der Entwicklung des Quarkmodells eines der Indizien für die Existenz der Farbladung und damit einer der Grundlagen der Quantenchromodynamik.[4]

Heute sind die Δ-Baryonen weiterhin von theoretischem Interesse, da sich an ihnen, analog zu den ρ-Mesonen, Modelle der Dynamik der starken Kraft testen lassen.

Einzelnachweise

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  1. a b R.L. Workman et al. (Particle Data Group), Prog. Theor. Exp. Phys. 2022, 083C01 (2022) online
  2. H. L. Anderson, E. Fermi, E. A. Long, D. E. Nagle: Total Cross Sections of Positive Pions in Hydrogen. In: Phys. Rev. Band 85, 1952, S. 936, princeton.edu (Memento vom 23. Oktober 2016 im Internet Archive) (PDF)
  3. Darrah E. Nagle: The Delta - the first pion nucleon resonance, LALP 84-27. (PDF) Los Alamos National Laboratory; nach einer Vorlesung zu Ehren von Herbert Anderson an der Universität Chicago 1982.
  4. F. Yndurain: The Theory of Quarks and Gluon interactions. 4. Auflage. Springer, 2006, ISBN 3-540-64881-X.