Hyperon

Als Hyperonen werden Baryonen bezeichnet, die mindestens ein Strange-Quark (s-Quark), aber kein schweres Quark (also Charm- oder Bottom-Quark) als Valenzquark enthalten. Hyperonen wurden erstmals in den 1950er Jahren nachgewiesen. Sie sind instabil und anders als die Nukleonen nicht am Aufbau der normalen Materie beteiligt, sondern gehören zu den Seltsamen Teilchen. Atomkerne, die Hyperonen enthalten, heißen Hyperkerne.

SU(3)-Baryon-Oktett (Spin 1/2) mit den Quantenzahlen Isospin I₃, Strangeness S und elektrische Ladung Q

SU(3)-Baryon-Dekuplett (Spin 3/2) mit denselben Quantenzahlen. Alle Teilchen außer dem Ω-Baryon sind kurzlebige (Spin-)Anregungen der Grundzustände im Oktett und können über die starke Wechselwirkung zerfallen.

Nomenklatur und Eigenschaften

Die Nomenklatur der Hyperonen richtet sich nach der Zahl ihrer s-Quarks, d. h. nach ihrer Strangeness:

1 s-Quark: Lambda (Λ) (Isospin = 0) und Sigma (Σ) (Isospin = 1)
2 s-Quarks: Xi (Ξ)
3 s-Quarks: Omega (Ω).

Hyperonen zerfallen meist unter Einwirkung der Schwachen Wechselwirkung. Dabei wird ein mittelschweres s-Quark in ein leichtes u-Quark umgewandelt, was durch den Austausch eines W⁻- vermittelt wird. Diese Bosonen koppeln ihrerseits meist an Quarks, wobei z. B. Pionen entstehen (hadronischer Zerfall), können aber auch in Leptonen übergehen (semileptonischer Zerfall).[1] Da einige Hyperonen paritätsverletzend zerfallen (z. B. Λ → pπ⁻), spielten sie eine wichtige Rolle in der Entwicklung einer Theorie für die Schwache Wechselwirkung.[2]

Hyperon	Quark- inhalt	Spin und Parität (J^P)	Iso- spin	Strange- ness	Masse (MeV)[3]	Lebensdauer (s)[3]	Zerfallskanäle
Lambda Λ	uds	1/2⁺	0	−1	1115,683(6)	2,632(20) · 10⁻¹⁰	pπ⁻,nπ⁰
Sigma Σ⁺	uus	1/2⁺	1	−1	1189,37(7)	0,8018(26) · 10⁻¹⁰	pπ⁰, nπ⁺
Sigma Σ⁰	uds	1/2⁺	1	−1	1192,642(24)	7,4(7) · 10⁻²⁰	Λγ
Sigma Σ⁻	dds	1/2⁺	1	−1	1197,449(30)	1,479(11) · 10⁻¹⁰	nπ⁻
Xi Ξ⁰	uss	1/2⁺	1/2	−2	1314,86(20)	2,90(9) · 10⁻¹⁰	Λπ⁰
Xi Ξ⁻	dss	1/2⁺	1/2	−2	1321,71(7)	1,639(15) · 10⁻¹⁰	Λπ⁻
Sigma Σ^*+(1385)	uus	3/2⁺	1	−1	1382,80(35)		Λπ, Σπ
Sigma Σ^*0(1385)	uds	3/2⁺	1	−1	1383,7(1,0)		Λπ, Σπ
Sigma Σ^*−(1385)	dds	3/2⁺	1	−1	1387,2(5)		Λπ, Σπ
Xi Ξ^*0(1530)	uss	3/2⁺	1/2	−2	1531,80(32)		Ξπ
Xi Ξ^*−(1530)	dss	3/2⁺	1/2	−2	1535,0(6)		Ξπ
Omega Ω⁻	sss	3/2⁺	0	−3	1672,45(29)	0,821(11) · 10⁻¹⁰	ΛK⁻, Ξ⁰π⁻, Ξ⁻π⁰

Begriffsgeschichte

Der Begriff Hyperon entstand vor der Entdeckung der Quarks. Eine erste Definition lautete: Ein Hyperon ist ein Teilchen, welches schwerer ist als das Neutron, aber leichter als das Deuteron[4]. Mit der Einführung der Quarks als fundamentale Teilchen wurde auch die Definition abgeändert in Baryonen, die s-Quarks enthalten.[5] Mit der Entdeckung der schweren Quarks Charm und Bottom wurde auch diese Definition ungenau, aber nicht weiter spezifiziert. Stattdessen wurde ein Klassifizierungsschema für die Baryonen entworfen.[6] Der Name Hyperon ist als Sammelbegriff weiterhin gebräuchlich in der obigen Definition.

Literatur

Walter Greiner, Berndt Mueller: Quantenmechanik. Symmetrien. 4. Auflage. Deutsch, Frankfurt am Main 2005, ISBN 3-8171-1616-0.
Horst Stöcker (Hrsg.): Taschenbuch der Physik. 5. Auflage. Deutsch, Frankfurt am Main 2005, ISBN 3-8171-1720-5.
Bogdan Povh, Klaus Rith, Christoph Scholz, Frank Zetsche: Teilchen und Kerne. 8. Auflage. Springer, Berlin 2009, ISBN 978-3-540-68075-8.

Weblinks

Wiktionary: Hyperon – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Particle Data Group (englisch)

Einzelnachweise

Walter Greiner, Berndt Mueller: Quantenmechanik. Symmetrien. 3. Auflage. Deutsch, Frankfurt am Main 1990, ISBN 3-8171-1142-8. (Theoretische Physik. Band 5).
T.D. Lee et al.: Possible Detection of Parity Nonconservation in Hyperon Decay. In: Phys.Rev., 106, 1957, S. 1367, doi:10.1103/PhysRev.106.1367
J. Beringer et al. (Particle Data Group): 2013 Review of Particle Physics. In: Physical Review D. Bd. 86, 2012, 010001 und 2013 partial update for the 2014 edition. (Nicht mehr online verfügbar.) Particle Data Group, archiviert vom Original am 26. Februar 2014; abgerufen am 26. Februar 2014 (englisch). Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/pdg.web.cern.ch
E.Amaldi et al.: Symbols for fundamental particles. In: Nature. Band 173, 1954, S. 123, doi:10.1038/173123a0.
Bogdan Povh, Klaus Rith, Christoph Scholz, Frank Zetsche: Teilchen und Kerne. 8. Auflage. Springer, Berlin 2009, ISBN 978-3-540-68075-8.
K. Nakamura et al.: Review of Particle Physics. In: J. Phys. G, Nr. 37, 2010, Kapitel 8 Naming scheme for hadrons, S. 075021 (pdg.lbl.gov).

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[1] Walter Greiner, Berndt Mueller: Quantenmechanik. Symmetrien. 3. Auflage. Deutsch, Frankfurt am Main 1990, ISBN 3-8171-1142-8. (Theoretische Physik. Band 5).

[2] T.D. Lee et al.: Possible Detection of Parity Nonconservation in Hyperon Decay. In: Phys.Rev., 106, 1957, S. 1367, doi:10.1103/PhysRev.106.1367

[PDG-3] J. Beringer et al. (Particle Data Group): 2013 Review of Particle Physics. In: Physical Review D. Bd. 86, 2012, 010001 und 2013 partial update for the 2014 edition. (Nicht mehr online verfügbar.) Particle Data Group, archiviert vom Original am 26. Februar 2014; abgerufen am 26. Februar 2014 (englisch). Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/pdg.web.cern.ch

[4] E.Amaldi et al.: Symbols for fundamental particles. In: Nature. Band 173, 1954, S. 123, doi:10.1038/173123a0.

[5] Bogdan Povh, Klaus Rith, Christoph Scholz, Frank Zetsche: Teilchen und Kerne. 8. Auflage. Springer, Berlin 2009, ISBN 978-3-540-68075-8.

[6] K. Nakamura et al.: Review of Particle Physics. In: J. Phys. G, Nr. 37, 2010, Kapitel 8 Naming scheme for hadrons, S. 075021 (pdg.lbl.gov).