Адроны состоят из двух (мезоны) или трёх (барионы) кварков. Всего известно около 500 адронов, включая античастицы. Это число формируется из примерно 150 барионов и такого же числа антибарионов, и примерно 200-х мезонов-антимезонов:
≈ 150 барионов +
≈ 150 антибарионов +
≈ 200 мезонов-антимезонов
≈ 500 адронов
Если рассмотреть кварковый состав этого огромного
числа адронов, то оказывается, что различных кварковых сочетаний
оказывается всего 64 (по 20 для барионов и антибарионов и 24 для
мезонов-антимезонов). У каждого из ≈ 500 адронов неизбежно
встретится одна из этих базовых кварковых комбинаций. Таким образом,
вся совокупность примерно 500 адронов распадается на 64 семейства с
одинаковым кварковым составом.
Внутри каждого из этих семейств адроны имеют различные массы и
квантовые числа, в частности спин-чётность JP. Адрон с
наименьшей массой для данного семейства отвечает нижайшей возможной
энергии соответствующей кварковой комбинации и может считаться
основным состоянием этой комбинации. Все остальные члены семейства –
это возбужденные состояния рассматриваемой кварковой комбинации.
Спектр таких возбуждений возникает в результате реализации различных
взаимных состояний кварков внутри данной кварковой комбинации. Этим
различным взаимным состояниям кварков отвечают, помимо разных
энергий (масс), и разные квантовые числа (спиновые, орбитальные,
изоспиновые, чётность и др.). Так кварковая комбинация uud с
наименьшей энергией соответствует протону. Протон – это основное
состояние данной комбинации. Другие состояния этой комбинации имеют
бòльшие энергии и образуют спектр возбуждений протона. Таких
возбуждений у протона насчитывают около 30. Нижайшее из них Δ+-резонанс.
Основные состояния кварковых комбинаций отвечают наиболее
устойчивым адронам. Остальные (возбужденные состояния кварковых
комбинаций) отвечают менее устойчивым адронам, испытывающим распады
с образованием этих комбинаций
в более устойчивых основных состояниях. Эти распады очень быстрые,
так как идут за счёт сильного взаимодействия. Время жизни адронов
относительно таких распадов
τсильное = 10−20 − 10−24 сек.
Адроны, отвечающие кварковым комбинациям в самых низких по энергии (основных) состояниях, также неустойчивы (кроме протона, распад которого никогда не наблюдался), но живут, как правило, значительно дольше, так как их распад в подавляющем числе случаев происходит за счёт слабого или электромагнитного взаимодействий. Времена жизни адронов относительно этих распадов следующие:
τэл-магн = 10−16 − 10−19
сек.
τслабое > 10−13 сек.
Адроны, испытывающие распады за счёт сильного
взаимодействия, и принято называть
резонансами. Природа этого названия связана с тем, что
эти адроны проявляются в виде очень широких резонансов в эффективных
сечениях тех реакций, в которых они образуются.
Связь между шириной Г резонанса и его временем жизни τ даётся
соотношением неопределённости
Г∙τ = ћ.
Ширины адронов-резонансов с учётом того, что
τсильное = 10−20 − 10−24 сек,
варьируются в пределах от десятков кэВ до сотен МэВ. Так экспериментальная ширина Δ+-резонанса (первого возбуждённого состояния протона) близка к 120 МэВ, что для времени жизни этого резонанса даёт 0,3∙10−23 сек.
Итак,
1. Резонансами называют
адроны, распадающиеся за счёт сильного
взаимодействия.
2. Почти 90% адронов являются резонансами.