ハドロンについて詳しく解説

ハドロンは、強い相互作用によって支配される素粒子の化合物です。素粒子物理学の標準モデルでは、これらの粒子はグルーオンだけでなくクォークおよび/または反クォークで構成されます。

ハドロンを構成する粒子を総称してパートンと呼びます。ハドロン内にその存在全体を通して存在するクォーク (または反クォーク) は、仮想粒子と呼ばれる、量子力学によりハドロン内に永久に現れたり消えたりする粒子 (クォークと反クォークのペアおよびグルーオン)とは異なり、価電子クォークと呼ばれます。グルーオンは、クォークを結合する強力な相互作用のベクトルです。

一般的なハドロン

一般的なハドロンは、その構成要素に従ってさまざまなサブファミリーに分類されます。

• 中間子: クォーク/反クォークのペアの配置によって形成されるボソンハドロン (ボソンを参照)。
• バリオン: 3 つのクォークで構成されるフェルミオンのハドロン (フェルミ粒子を参照)。

エキゾチックハドロン

他の形態のハドロンも理論家によって想像されていますが、大部分はまだ観察されていません。これらはエキゾチックなハドロンです。

• エキゾチックバリオンは理論的には奇数のクォークと反クォークで構成されています。最もよく知られているのは、4 つのクォークと 1 つの反クォークからなるペンタクォークです。最近の実験データの中には、ペンタクオークがさまざまな実験中に出現したことを示唆するものもあります。ただし、これらの観察には議論の余地があります。
• エキゾチック中間子は理論的には偶数のクォークと反クォークで構成されています。その中には、2つのクォークと2つの反クォークからなるテトラクォークがあります。現時点では、それらは観察されていません。
• ハイブリッド中間子は、理論的にはクォークと反クォークのペアと実際のグルーオン(つまり、2 つのクォーク間の相互作用中に一時的ではなく永続的に存在するもの) から形成されます。ハイブリッド中間子はまだ観測されていません。
• グルーボールは理論的にはグルーオンのみで構成されており、価電子クォークは含まれていません。これらの状態を通常の中間子と区別するのは非常に困難ですが、ハドロンとレプトン間の相互作用中の特定の奇妙な挙動を説明できる可能性があります (レッゲ理論を参照)。

ハドロン共鳴

ハドロンは複合粒子であるため、ハドロン共鳴と呼ばれる励起状態で現れることもあります。これらの励起状態は、ハドロンの種類ごとに多数観察されています。これらの状態は、強い相互作用によって急速に (数 10 ^-24秒で) 消えます。