Elementarpartikelfysik


Håkan Snellman



3. Hadronfysik

Det stora antal hadroner som observerats leder till en gissning att de knappast kan vara elementära. Redan under 1960-talet fick man klart för sig att hadronernas masstabeller uppvisade stora likheter med atom- och kärnspektra. Man talar därför också om hadronspektroskopi. Den nuvarande bild vi har av hadronerna beskriver dem som uppbyggda av kvarkar som är bundna till varandra och växelverkar med varandra via utbyte av gluoner (=klisterpartiklar) analogt med hur elektronen och vätekärnan, protonen, växelverkar med varandra via utbyte av fotoner.

Kvarkarna är fermioner medan gluonerna är bosoner.

Fig. 1.7. Kvarkmodellen

Mesonerna är uppbyggda av en kvark och en antikvark medan baryonerna är uppbyggda av tre kvarkar. Antibaryoner är givetvis uppbyggda av tre antikvarkar. Fria kvarkar och fria gluoner har ännu inte observerats experimentellt och många teoretiker menar att de endast kan förekomma i bundna tillstånd i naturen. Denna egenskap går under namnet "kvarkinstängning". Det utgör ett ännu olöst teoretiskt problem att ur den grundläggande dynamiken för kvarkars och gluoners växelverkan, det som kallas kvantkromodynamik, visa att kvark- (och gluon- )instängning följer. Kvarkar och leptoner uppfattas idag som varande på samma nivå av "elementaritet".

Kvarkarna förekommer i vad vi tror sex olika slag, kallade aromer. Dessa återfinns i fig. 1.8. De är som synes ordnade parvis och har laddningar som är tredjedelar av elektronladdningen. De har dessutom ett ytterligare nytt kvanttal kallat färg, som kan anta tre olika värden: rött, blått och grönt.

Fig. 1.8. De sex kvarkaromerna.

Ovanstående modell av hadronerna kallas kvarkmodellen. I ljuset av kvarkmodellen kan vi idag gissa att en stor del av de data som insamlats för hadronerna inte är särskilt relevant för vår förståelse av deras kvarkstruktur. Än så länge är emellertid hadron-hadronreaktioner den enda möjlighet vi har att studera kvark-kvarkspridning.

I kvarkmodellen uppfattar vi hadron-hadronspridning som spridning av bundna tillstånd mot varandra. Detta motiverar att man studerar spridningsfenomen utifrån generella kvantmekaniska principer, utan att in på den komplicerade och i alla sina detaljer ännu ofullständigt kända dynamiken. Denna formalism för spridning kallas S-matrisformalismen och visar hur man kan beskriva sönderfallssannolikheter och spridningstvärsnitt uttryckta i övergångsamplituderna mellan asymptotiskt fria, bundna eller elementära, tillstånd. Att ur den mera fundamentala kvarkmodellen beräkna övergångsamplituderna kan sedan betraktas som ett problem för sig.


Tillbaks till

1. Inledning

2. Baryon- och leptontal

Vidare till

4. Symmetrier

5. Neutrinooscillationer

6. Framtidsperspektiv