Hadron

Hadron (yun. ἁδρός, adrós, "qalın, güclü, ağır") kvant fizikasında mürəkkəb hissəcik.
Hadronlar iki və ya daha çox kvarkdan ibarət olurlar. Üç kvarkdan ibarət hadron barion, iki kvarkdan ibarət hadron mezon adlanır. Ətrafda gördüyümüz hər şey, özümüz də daxil olmaqla maddə daşıyıcıları olan barionlardan ibarətdir.
Elementlərin nüvəsini təşkil edən protonlar və neytronlar barion qrupundan olan hadronlardır. Hadronun ölçüsü təqribən 1 fm (femtometr-dir (1 fm 10⁻¹⁵ metrə bərabərdir)^[1].

Standart Model nəzəriyyəsinə görə kvark zərrəciklərinin 6 növü var. Bu kvark növləri şərti olaraq up (yuxarı), down (aşağı), strange (qəribə), charm (ovsun, tilsim), top (üst), bottom (alt) adlandırılmışlar. Həmin adlara uyğun olaraq kvark növləri u-kvark, d-kvark, s-kvark, c-kvark, t-kvark, b-kvark kimi işarə edilirlər.
Hadronun tərkibi kvarkların adı ilə göstərilir, məsələn proton (uud) kimi, neytron (ddu) kimi işarə edilir. c-kvark, t-kvark, b-kvark üçün eyni hərflərlə başlayan alternativ adlar təklif edilib.
Hadronun tərkibindəki kvarklar güclü qüvvə daşıyıcısı olan qluonlar vasitəsilə bir-birinə bağlıdırlar.
Kvark anti-zərrəciyi antikvark adlanır. Eyni qayda ilə hər bir hadronun uyğun anti-zərrəciyi var.
Hadronun xüsusiyyətləri onun tərkibindəki kvarkların sayı və xüsusiyyətləri ilə təyin olunur.

Elektrik yükü

Hadronun elektrik yükü onun tərkibindəki kvarkların elektrik yükünün cəminə bərabərdir.
u-kvark, c-kvark, t-kvark hər biri +²⁄₃ elektrik yükünə malikdir.
d-kvark, s-kvark, b-kvark hər biri −¹⁄₃ elektrik yükünə malikdir.
Antikvarkların hər biri uyğun kvark ilə eyni miqdarda, amma əks işarəli elektrik yükünə malikdirlər.
Beləliklə protonun yükü 1-dir +²⁄₃+²⁄₃−¹⁄₃ =1
Δ (delta) barionu ${\displaystyle (uuu)}$ kvarklardan ibarətdir və onun elektrik yükü 2-dir.
π⁺ ( π mezon və ya pion) ${\displaystyle (u{\bar {d}})}$ kvarklardan ibarətdir və onun elektrik yükü +²⁄₃ +¹⁄₃ =1
Protonun anti-zərrəciyi antiproton mənfi elektrik yükünə malikdir.

Rəng yükü

Kvant xromodinamikası (Quantum chromodynamics (QCD))nəzəriyyəsinə görə hadronları təşkil edən kvarklar xüsusi yükə malikdirlər. Bu yük şərti olaraq rəng yükü adlandırılmışdır. Bu nəzəriyyəyə görə kvarklar qırmızı, yaşıl və göy rəng yükünə malik olurlar (burda qırmızı, yaşıl, göy real rənglər demək deyil). Uyğun olaraq antikvarkların rəng yükü anti-qırmızı, anti-yaşıl, anti-göy adlanır ^[1].

Hadronun tərkibindəki kvarkları bir birinə bağlayan qluonlar həm də həmin kvarklar arasında rəng yükünün keçiriciləridir. Qluon bir kvarkdan digərinə keçərək daxil olduğu kvarkın rəng yükünü, məsələn, göydən yaşıla çevirir.^[2]

Qırmızı yüklü, yaşıl yüklü, göy yüklü üç kvark birlikdə rəng yükü olmayan hal yaradır. Eyni qayda ilə kvark və anti-kvarkların rəng yükü birlikdə, məsələn göy və anti-göy, rəng yükü olmayan hal yaradır.
Beləliklə hadronların rəng yükü yoxdur və ya bu mənada hadronlar neytraldırlar^[1].

Spin

Hadron zərrəciyinin spini onun barion və mezon olmasından asılıdır.

Barionlar maddə daşıyıcıları kimi fermionlara aiddirlər, Fermi–Dirak (Fermi–Dirac) statistikinə tabe olurlar. Buna görə də barionların spini kəsr ədədlidir. Hər iki nukleon (proton və neytron) ¹⁄₂ spinə malikdir ^[3]. Δ (delta) barionları — Δ++ ${\displaystyle (uuu)}$ (uuu), Δ+ ${\displaystyle (uud)}$, Δ0 ${\displaystyle (udd)}$, Δ- ${\displaystyle (ddd)}$ ³⁄₂ spinə malikdirlər ^[4].

Mezonlar bozon zərrəciklər ailəsinə aiddirlər, Boze–Eynşteyn (Bose–Einstein) statistikinə tabe olurlar. Buna görə də mezonlar tam ədədli spinə malikdirlər^[1]. Məsələn, π mezon 0, ρ mezon 1 spinə malikdirlər.

Barionlar (baryon), (yun. βαρύς, barus, "ağır") 3 kvarkdan ibarət hadronlardır.
Barionlar maddə daşıyıcıları (fermionlar) olduqları üçün bütün fermionlar kimi kəsr ədədli spinə malikdirlər.
İlk kəşf edilən barion bütün elementlərin nüvəsini təşkil edən iki vacib zərrəcikdən biri — proton (yun. πρῶτος, prótos, "birinci") oldu. 1932-ci ildə ikinci nukleon — neytron (lat. neuter, neuter, "heç biri") kəşf edildi. 1955, 1956-cı illərdə Bevatron akseleratorunda antiproton və antineytron müşahidə edildi^[3].
Təcrübələrin növbəti mərhələsində tərkibində s-kvark olan daha ağır barionlar — Λ (lambda), Σ (siqma), Ξ (ksi) və Ω (omeqa) aşkarlandı. Bu qrupa hiperon (hyperon) adı verildi^[2].
2017-ci ilin iyulunda CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) Ξ (ksi) barionlar ailəsindən olan yeni zərrəcik müşahidə edildiyini bildirdi. Kəşf edilən Ξ_cc⁺⁺ barionu ${\displaystyle (ccu)}$ tərkibə malikdir. Nəzəri tədqiqatlar oxşar xüsusiyyətli barionların mövcudluğunu göstərirdi və fiziklər bir neçə il idi ki, BHK-də (Böyük Hadron Kollayderi) eksperimentlərində belə zərrəcikləri axtarırdılar ^[5]. Tədqiqatçılar üçün ağır kvarklardan ibarət hadronların kəşfi daha böyük maraq kəsb edir.

Mezonlar (yun. μέσος, mesos, "orta, orta səviyyəli") kvark və antikvarkdan ibarət hadronlardır. Onlar bozon (boson) zərrəciklər ailəsinə aiddirlər. Bozon olduqları üçün tam ədədli spinə malikdirlər.
1930-cu illərdə aparılan nəzəri tədqiqatlar göstərirdi ki, kütləsi elektrondan çox və protondan az olan zərrəcik mövcud ola bilər. 1937-ci ildə qoyulan təcrübələrdə belə zərrəciklər müşahidə edildi. Kəşf edilən zərrəciklərə µ mezon və ya myuon (muon) adı verildi.^[3]
Lakin sonrakı illərdə aparılan təcrübələr və hesablamalar göstərdi ki, myuon elektrona oxşar, ondan bir az ağır zərrəcikdir və elektron kimi ¹⁄₂ spinə malikdir. Beləliklə myuon lepton zərrəcik kimi sinifləşdirildi.^[6] 1947—ci ildə nüvə emulsiyası metodu vasitəsilə π (pi) mezonlar və ya pionlar kəşf edildi.^[3]
π⁺ ${\displaystyle (u{\bar {d}})}$
π^- ${\displaystyle (d{\bar {u}})}$
π⁰ ${\displaystyle (u{\bar {u}})}$ və ya ${\displaystyle (d{\bar {d}})}$ ^[4]
Nüvə emulsiyası nazik lövhənin üzərinə çəkilmiş nisbətən qalın və çox həssas təbəqədir. Kosmik şüalar bu təbəqədən keçərkən həmin şüalarda olan elektrik yüklü zərrəciklər bu lövhə üzərində iz buraxır. Kosmik zərrəciklərin başqa zərrəciklərə parçalanması nüvə emulsiyası təbəqəsində qeyd olunur. Sonra həmin lövhə adi fotoqrafiyada olduğundan daha mürəkkəb üsulla emal edilir və kosmik zərrəciklərin izləri, onların parçalanmasından yaranan yeni zərrəciklərin əksləri ortaya çıxır.^[3] Mezonlar çox qısa müddət mövcud olub sonra elektronlara, neytrinolara və/və ya fotonlara parçalanırlar^[2].

M.Gell-Mann 1964-cü ildə kvark zərrəciklərinə aid tədqiqatlarında dörd və beş kvarkdan (tetrakvark və pentakvark) ibarət zərrəciklərin mövcud ola biləcəyi hipotezini irəli sürmüşdü.
2014-cü ildə CERN-də LHCb (Large Hadron Collider beauty experiment) təcrübəsi çərçivəsində tetrakvark Z(4430)⁺ müşahidə edildi. Yeni zərrəcik dörd kvarkdan ibarət idi və ${\displaystyle (c{\bar {c}}d{\bar {u}})}$ tərkibə malik idi. ^[7]
2015-ci ildə LHCb eksperimentində pentakvark (pentaquark) müşahidə edildi. Yeni zərrəciyin proton ${\displaystyle (uud)}$ və ${\displaystyle (c{\bar {c}})}$ mezondan ibarət olduğu bildirildi. ^[8]
LHCb (Large Hadron Collider beauty) CERN daxilində fəaliyyət göstərən, Kainatın maddədən formalaşmasının qanunauyğunluqlarını və antimaddənin azalmasının sirrlərini öyrənən proyektdir.

1. ↑ ^{1 2 3 4} S. Braibant, G. Giacomelli, M. Spurio. Particles and Fundamental Interactions An Introduction to Particle Physics. Springer. 2012. 135. ISBN 978-94-007-2463-1.
2. ↑ ^{1 2 3} B. Povh, K. Rith, Ch. Scholz, F. Zetsche. Particles and Nuclei An Introductionto the Physical Concepts. Springer. 2006. 104. ISBN ISBN-10 3-540-36683-0.
3. ↑ ^{1 2 3 4 5} M.K. Sundaresan. Handbook of Particle Physics. CRC Press. 2001. 13. ISBN 9780849302152.
4. ↑ ^{1 2} U. Ellwanger. From the Universe to the Elementary Particles. Springer. 2012. 77. ISBN 978-3-642-24374-5.
5. ↑ "LHCb announces a charming new particle". CERN. 6 July 2017. 2017-07-06 tarixində arxivləşdirilib. İstifadə tarixi: 2018-10-13.
6. ↑ R. Omnes. Introduction to Particle Physics. Wiley-Interscience. 1971. 106. ISBN ISBN 0 47165372 1.
7. ↑ "Observation of particles composed of five quarks, pentaquark-charmonium states, seen in Λ0b→J/ψpK⁻ decays". CERN/LHCb. 14 July 2015. 2017-12-16 tarixində arxivləşdirilib. İstifadə tarixi: 2018-10-13.
8. ↑ "Viewpoint: Elusive Pentaquark Comes into View". CERN/LHCb. 12 August 2015. 2021-11-22 tarixində arxivləşdirilib. İstifadə tarixi: 2018-10-14.