物質介紹
重子由三個夸克組成,相較之下介子則是由夸克-反夸克對所組成。重子與介子都屬於強子,意即單純由夸克或同時由夸克和反夸克所組成的粒子。重子的英文名稱“baryon”是來自希臘語中的“ βαρύς”,意為“重的”,因為在命名當時,重子具有比其他物質粒子還要大的質量被認為是其特性之一。
直到近幾年,部分實驗證實了五夸克態粒子的存在,亦即由四個夸克與一個反夸克所組成的重子。2015年7月13日,歐洲核子研究組織的LHCb團隊宣布,在底Λ粒子衰變模式中找到了與五夸克態吻合的結果。
因為重子是由夸克所組成的,它們也會參與強相互作用。相對而言,不是由夸克所組成的輕子就不會參與強相互作用了。著名的重子包含質子和中子,它們組成了宇宙中大多數的可見物質,然而另一個主要組成原子的粒子,也就是電子,則屬於輕子。每個重子都有各自相對應的反粒子,稱為反重子,其中,夸克被替換成了對應的反夸克。例如,一個質子是由兩個上夸克與一個下夸克所組成,而其對應的反粒子,亦即反質子,則是由兩個反上夸克與一個反下夸克所組成。
重子列表
本列表列出了所有已知與被預測的重子,其角動量為 J=12及 J=32,並有著正的宇稱值。
•只含有一種夸克的重子(例如 uuu 和 ddd)可以存在J=32的組態,然而J=12是泡利不相容原理所不允許的。
•含有二種夸克的重子(例如 uud 和 uus)可以存在J=12及J=32的組態。
•含有三種夸克的重子(例如 uds 和 udc)可以存在J=12及J=32的組態。這類型的重子可以具有二種J=12的組態。
在本列表中的符號有: I(同位旋)、 J(總角動量量子數)、 P(宇稱,表示坐標系鏡像變換時特徵值的奇偶性)、u(上夸克)、d(下夸克)、s(奇夸克)、c(粲夸克)、b(底夸克)、 Q(電荷)、 B(重子數)、 S(奇異數)、 C(粲數)、 B′(底數)以及多種次原子粒子。
本列表並未列出反重子。然而,它們只是將所有夸克換成對應的反夸克,並將 Q、 B、 S、 C、 B′等數值變號。在本表格中,有著記號的粒子表示該粒子被標準模型所預測,然而尚未被觀測到。橙色的數值表示實驗上尚未被完全確定,但其實驗結果吻合夸克模型之預測。
J=12重子
粒子名稱 | 符號 | 夸克組成 | 靜止質量 (MeV/c) | I | J | Q(e) | S | C | B' | 平均生命期(秒) | 通常衰變至 |
核子/質子 | p/p+ /N+ | uud | 938.272046(21) | 12 | 12 | +1 | 0 | 0 | 0 | 穩定 | 未被觀測 |
核子/中子 | n/n0 /N0 | udd | 939.565379(21) | 12 | 12 | 0 | 0 | 0 | 0 | 8.800±0.009×10 | p+ +e− +ν e |
Λ粒子 | Λ0 | uds | 1,115.683±0.006 | 0 | 12 | 0 | −1 | 0 | 0 | 2.632±0.020×10 | p+ +π− 或 n0 +π0 |
粲Λ | Λ+ c | udc | 2,286.46±0.14 | 0 | 12 | +1 | 0 | +1 | 0 | 2.00±0.06×10 | 參見Λ+ c的衰變模式 |
底Λ | Λ0 b | udb | 5,619.4±0.6 | 0 | 12 | 0 | 0 | 0 | −1 | 1.429±0.024×10 | 參見Λ0 b的衰變模式 |
Σ粒子 | Σ+ | uus | 1,189.37±0.07 | 1 | 12 | +1 | −1 | 0 | 0 | 8.018±0.026×10 | p+ +π0 或 n0 +π+ |
Σ粒子 | Σ0 | uds | 1,192.642±0.024 | 1 | 12 | 0 | −1 | 0 | 0 | 7.4±0.7×10 | Λ0 +γ |
Σ粒子 | Σ− | dds | 1,197.449±0.030 | 1 | 12 | −1 | −1 | 0 | 0 | 1.479±0.011×10 | n0 +π− |
粲Σ | Σ++ c | uuc | 2,453.98±0.16 | 1 | 12 | +2 | 0 | +1 | 0 | 2.91±0.32×10 | Λ+ c+π+ |
粲Σ | Σ+ c | udc | 2,452.9±0.4 | 1 | 12 | +1 | 0 | +1 | 0 | >1.43×10 | Λ+ c+π0 |
粲Σ | Σ0 c | ddc | 2,453.74±0.16 | 1 | 12 | 0 | 0 | +1 | 0 | 3.05±0.37×10 | Λ+ c+π− |
底Σ | Σ+ b | uub | 5,811.3+0.9 −0.8±1.7 | 1 | 12 | +1 | 0 | 0 | −1 | 6.8+2.7 −3.5×10 | Λ0 b+π+ |
底Σ | Σ0 b | udb | 未知 | 1 | 12 | 0 | 0 | 0 | −1 | 未知 | 未知 |
底Σ | Σ− b | ddb | 5,815.5+0.6 −0.5±1.7 | 1 | 12 | −1 | 0 | 0 | −1 | 1.34+0.87 −1.15×10 | Λ0 b+π− |
Ξ粒子 | Ξ0 | uss | 1,314.86±0.20 | 12 | 12 | 0 | −2 | 0 | 0 | 2.90±0.09×10 | Λ0 +π0 |
Ξ粒子 | Ξ− | dss | 1,321.71±0.07 | 12 | 12 | −1 | −2 | 0 | 0 | 1.639±0.015×10 | Λ0 +π− |
粲Ξ | Ξ+ c | usc | 2,467.8+0.4 −0.6 | 12 | 12 | +1 | −1 | +1 | 0 | 4.42±0.26×10 | 參見Ξ+ c的衰變模式 |
粲Ξ | Ξ0 c | dsc | 2,470.88+0.34 −0.80 | 12 | 12 | 0 | −1 | +1 | 0 | 1.12+0.13 −0.10×10 | 參見Ξ0 c的衰變模式 |
粲Ξ' | Ξ′+ c | usc | 2,575.6±3.1 | 12 | 12 | +1 | −1 | +1 | 0 | 未知 | Ξ+ c+γ(已被觀測) |
粲Ξ' | Ξ′0 c | dsc | 2,577.9±2.9 | 12 | 12 | 0 | −1 | +1 | 0 | 未知 | Ξ0 c+γ(已被觀測) |
雙粲Ξ | Ξ++ cc | ucc | 未知 | 12 | 12 | +2 | 0 | +2 | 0 | 未知 | 未知 |
雙粲Ξ | Ξ+ cc | dcc | 3,518.9±0.9 | 12 | 12 | +1 | 0 | +2 | 0 | <3.3×10 | Λ+ c+K− +π+ 或 p+ +D+ +K− |
底Ξ (又稱級聯B) | Ξ0 b | usb | 5,787.8±5.0±1.3 | 12 | 12 | 0 | −1 | 0 | −1 | 未知 | 參見Ξ b的衰變模式 |
底Ξ (又稱級聯B) | Ξ− b | dsb | 5,791.1±2.2 | 12 | 12 | −1 | −1 | 0 | −1 | (1.56+0.27 −0.25±0.02)×10 | 參見Ξ b的衰變模式 |
底Ξ' | Ξ′0 b | usb | 未知 | 12 | 12 | 0 | −1 | 0 | −1 | 未知 | 未知 |
底Ξ' | Ξ′− b | dsb | 未知 | 12 | 12 | −1 | −1 | 0 | −1 | 未知 | 未知 |
雙底Ξ | Ξ0 bb | ubb | 未知 | 12 | 12 | 0 | 0 | 0 | −2 | 未知 | 未知 |
雙底Ξ | Ξ− bb | dbb | 未知 | 12 | 12 | −1 | 0 | 0 | −2 | 未知 | 未知 |
粲底Ξ | Ξ+ cb | ucb | 未知 | 12 | 12 | +1 | 0 | +1 | −1 | 未知 | 未知 |
粲底Ξ | Ξ0 cb | dcb | 未知 | 12 | 12 | 0 | 0 | +1 | −1 | 未知 | 未知 |
粲底Ξ' | Ξ′+ cb | ucb | 未知 | 12 | 12 | +1 | 0 | +1 | −1 | 未知 | 未知 |
粲底Ξ' | Ξ′0 cb | dcb | 未知 | 12 | 12 | 0 | 0 | +1 | −1 | 未知 | 未知 |
粲Ω | Ω0 c | ssc | 2,695.2±1.7 | 0 | 12 | 0 | −2 | +1 | 0 | 6.9±1.2×10 | 參見Ω0 c的衰變模式 |
底Ω | Ω− b | ssb | 6,071±40 | 0 | 12 | −1 | −2 | 0 | −1 | (1.13+0.55 −0.42±0.02)×10 | (Ω− +J/ψ已被觀測到) |
雙粲Ω | Ω+ cc | scc | 未知 | 0 | 12 | +1 | −1 | +2 | 0 | 未知 | 未知 |
粲底Ω | Ω0 cb | scb | 未知 | 0 | 12 | 0 | −1 | +1 | −1 | 未知 | 未知 |
粲底Ω' | Ω′0 cb | scb | 未知 | 0 | 12 | 0 | −1 | +1 | −1 | 未知 | 未知 |
雙底Ω | Ω− bb | sbb | 未知 | 0 | 12 | −1 | −1 | 0 | −2 | 未知 | 未知 |
雙粲底Ω | Ω+ ccb | ccb | 未知 | 0 | 12 | +1 | 0 | +2 | −1 | 未知 | 未知 |
粲雙底Ω | Ω0 cbb | cbb | 未知 | 0 | 12 | 0 | 0 | +1 | −2 | 未知 | 未知 |
^未被觀測到的粒子。
^質子與中子的質量以原子質量單位表示比以MeV/c表示具有更高的精確度,因為人們對基本電荷值的量測仍不是很精確。當以原子質量單位表示時,質子的質量為1.007276466812(90)u、中子的質量則是1.00866491600(43)u。
^至少10年,參見質子衰變。
^對於自由中子而言。在一般的原子核中,中子是穩定的。
^此處根據粒子數據組(PDG)所給出的共振寬度(Γ)值,使用生命期 τ=ħΓ轉換求得。
^該數據有部分爭議。
J=32重子
粒子名稱 | 符號 | 夸克組成 | 靜止質量 (MeV/c) | I | J | Q(e) | S | C | B' | 平均生命期(秒) | 通常衰變至 |
Δ粒子 | Δ++ (1232) | uuu | 1,232±2 | 32 | 32 | +2 | 0 | 0 | 0 | 5.63±0.14×10 | p+ +π+ |
Δ粒子 | Δ+ (1232) | uud | 1,232±2 | 32 | 32 | +1 | 0 | 0 | 0 | 5.63±0.14×10 | π+ +n0 或 π0 +p+ |
Δ粒子 | Δ0 (1232) | udd | 1,232±2 | 32 | 32 | 0 | 0 | 0 | 0 | 5.63±0.14×10 | π0 +n0 或 π− +p+ |
Δ粒子 | Δ− (1232) | ddd | 1,232±2 | 32 | 32 | −1 | 0 | 0 | 0 | 5.63±0.14×10 | π− +n0 |
Σ粒子 | Σ∗+ (1385) | uus | 1,382.8±0.4 | 1 | 32 | +1 | −1 | 0 | 0 | 1.839±0.0041×10 | Λ0 +π+ 或 Σ+ +π0 或 Σ0 +π+ |
Σ粒子 | Σ∗0 (1385) | uds | 1,383.7±1.0 | 1 | 32 | 0 | −1 | 0 | 0 | 1.83±0.25×10 | Λ0 +π0 或 Σ+ +π− 或 Σ0 +π0 |
Σ粒子 | Σ∗− (1385) | dds | 1,387.2±0.5 | 1 | 32 | −1 | −1 | 0 | 0 | 1.671±0.089×10 | Λ0 +π− 或 Σ0 +π− 或 Σ− +π0 |
粲Σ | Σ∗++ c(2520) | uuc | 2,517.9±0.6 | 1 | 32 | +2 | 0 | +1 | 0 | 4.42±0.44×10 | Λ+ c+π+ |
粲Σ | Σ∗+ c(2520) | udc | 2,517.5±2.3 | 1 | 32 | +1 | 0 | +1 | 0 | >3.87×10 | Λ+ c+π0 |
粲Σ | Σ∗0 c(2520) | ddc | 2,518.8±0.6 | 1 | 32 | 0 | 0 | +1 | 0 | 4.54±0.47×10 | Λ+ c+π− |
底Σ | Σ∗+ b | uub | 5,832.1±0.7+1.7 −1.8 | 1 | 32 | +1 | 0 | 0 | −1 | 5.7±1.8×10 | Λ0 b+π+ |
底Σ | Σ∗0 b | udb | 未知 | 1 | 32 | 0 | 0 | 0 | −1 | 未知 | 未知 |
底Σ | Σ∗− b | ddb | 5,835.1±0.6+1.7 −1.8 | 1 | 32 | −1 | 0 | 0 | −1 | 8.8+3.7 −3.6×10 | Λ0 b+π− |
Ξ粒子 | Ξ∗0 (1530) | uss | 1,531.80±0.32 | 12 | 32 | 0 | −2 | 0 | 0 | 7.23±0.40×10 | Ξ0 +π0 或 Ξ− +π+ |
Ξ粒子 | Ξ∗− (1530) | dss | 1,535.0±0.6 | 12 | 32 | −1 | −2 | 0 | 0 | 6.6+1.3 −1.1×10 | Ξ0 +π− 或 Ξ− +π0 |
粲Ξ | Ξ∗+ c(2645) | usc | 2,645.9+0.5 −0.6 | 12 | 32 | +1 | −1 | +1 | 0 | >2.1×10 | Ξ+ c+π0 (已被觀測) |
粲Ξ | Ξ∗0 c(2645) | dsc | 2,645.9±0.5 | 12 | 32 | 0 | −1 | +1 | 0 | >1.2×10 | Ξ+ c+π− (已被觀測) |
雙粲Ξ | Ξ∗++ cc | ucc | 未知 | 12 | 32 | +2 | 0 | +2 | 0 | 未知 | 未知 |
雙粲Ξ | Ξ∗+ cc | dcc | 未知 | 12 | 32 | +1 | 0 | +2 | 0 | 未知 | 未知 |
底Ξ | Ξ∗0 b | usb | 5,945.5±0.8±2.2 | 12 | 32 | 0 | −1 | 0 | −1 | 3.1±2.5×10 | Ξ− b+π+ (已被觀測) |
底Ξ | Ξ∗− b | dsb | 未知 | 12 | 32 | −1 | −1 | 0 | −1 | 未知 | 未知 |
雙底Ξ | Ξ∗0 bb | ubb | 未知 | 12 | 32 | 0 | 0 | 0 | −2 | 未知 | 未知 |
雙底Ξ | Ξ∗− bb | dbb | 未知 | 12 | 32 | −1 | 0 | 0 | −2 | 未知 | 未知 |
粲底Ξ | Ξ∗+ cb | ucb | 未知 | 12 | 32 | +1 | 0 | +1 | −1 | 未知 | 未知 |
粲底Ξ | Ξ∗0 cb | dcb | 未知 | 12 | 32 | 0 | 0 | +1 | −1 | 未知 | 未知 |
Ω粒子 | Ω− | sss | 1,672.45±0.29 | 0 | 32 | −1 | −3 | 0 | 0 | 8.21±0.11×10 | Λ0 +K− 或 Ξ0 +π− 或 Ξ− +π0 |
粲Ω | Ω∗0 c(2770) | ssc | 2,765.9±2.0 | 0 | 32 | 0 | −2 | +1 | 0 | 未知 | Ω0 c+γ |
底Ω | Ω∗− b | ssb | 未知 | 0 | 32 | −1> | −2 | 0 | −1 | 未知 | 未知 |
雙粲Ω | Ω∗+ cc | scc | 未知 | 0 | 32 | +1 | −1 | +2 | 0 | 未知 | 未知 |
粲底Ω | Ω∗0 cb | scb | 未知 | 0 | 32 | 0 | −1 | +1 | −1 | 未知 | 未知 |
雙底Ω | Ω∗− bb | sbb | 未知 | 0 | 32 | −1 | −1 | 0 | −2 | 未知 | 未知 |
三粲Ω | Ω++ ccc | ccc | 未知 | 0 | 32 | +2 | 0 | +3 | 0 | 未知 | 未知 |
雙粲底Ω | Ω∗+ ccb | ccb | 未知 | 0 | 32 | +1 | 0 | +2 | −1 | 未知 | 未知 |
粲雙底Ω | Ω∗0 cbb | cbb | 未知 | 0 | 32 | 0 | 0 | +1 | −2 | 未知 | 未知 |
三底Ω | Ω− bbb | bbb | 未知 | 0 | 32 | −1 | 0 | 0 | −3 | 未知 | 未知 |
^未被觀測到的粒子。
^此處根據粒子數據組(PDG)所給出的共振寬度(Γ)值,使用生命期 τ=ħΓ轉換求得。
重子共振粒子
本列表給出了已被粒子數據組所確認的重子共振粒子名稱、已知量子數與實驗狀態。重子共振粒子是受激發的重子態,有著較短的半衰期和較高的質量。儘管有著大量的研究,人們仍舊對重子激發譜的基礎自由度有著極薄弱的了解。每個粒子的已知自旋-宇稱值J在下表亦有列出。對於強衰變粒子,J值被視為其名稱的一部分,所有共振態的質量亦然。
以下列表中,使用*號數量表示該粒子存在之確定性高低,如下:
**** | 確定存在,且其性質至少曾被進行良好的探索。 |
*** | 幾乎可以確定其存在,然而需要更多確認,且/或其量子數、分支比等性質尚未被確定。 |
** | 有一些存在的證據。 |
* | 存在的證據很少。 |
重子共振粒子
核子 | Δ 粒子 | Λ 粒子 | Σ 粒子 | Ξ 與 Ω 粒子 | 粲粒子 | 底粒子 |