हॅड्रॉन (Hadron)

सर्व प्रकारच्या मूलभूत आंतरक्रियांमध्ये भाग घेणाऱ्या कणांना हॅड्राॅन (Hadron) म्हणतात. हॅड्राॅनची उदाहरणे म्हणजे अणुकेंद्रात असलेले प्रोटॉन (Proton; $P$ ) आणि न्यूट्रॉन (Neutron; $n$ ) हे कण तसेच न्यूक्लीय बल निर्माण करणारे मेसॉन (meson). साधारणपणे १९६५ पर्यंत हॅड्राॅन यांना मूलभूत कण मानले जात होते. परंतु या सुमारास कण त्वरक (particle accelerators) वापरून केलेल्या प्रयोगांत अनेक वेगवेगळ्या हॅड्राॅनांची निर्मिती करण्यात येऊ लागली आणि त्यामुळे या सर्व कणांना मूलभूत कण मानणे सुसंगत नव्हते. १९६४ मध्ये मरी गेल-मान (Murray Gell-Mann) आणि जॉर्ज झ्वाइग(George Zweig) यांनी क्वार्क प्रतिकृतीची संकल्पना मांडली. या कल्पनेनुसार सर्व हॅड्राॅनांची निर्मिती क्वार्कांपासून होते. या विषयावरील अधिक संशोधनानंतर सर्वमान्य झालेल्या मानक प्रतिकृतीनुसार (standard model) क्वार्क (Quark) आणि त्यांचे प्रतिकण (antiparticles; antiquark) हे सर्व आंतरक्रिया असलेले मूलभूत कण मानले जातात आणि सर्व हॅड्राॅन क्वार्कांच्या संयोगाने तयार झालेले असतात. म्हणजेच हॅड्राॅन हे मूलभूत कण नसून संयुक्त कण (composite particle) आहेत.

क्वार्कांच्या अप ( $up, u$ ), डाउन ( $down, d$ ), स्ट्रेंज ( $strange, s$ ), चार्म ( $charm, c$ ), टॉप ( $top, t$ ) आणि बॉटम ( $bottom, b$ ) अशा सहा वेगवेगळ्या प्रजाती आहेत. निरनिराळ्या प्रजातींचे क्वार्क एकत्र येऊन विविध प्रकारचे हॅड्राॅन तयार होतात. हॅड्राॅनांची बॅरिऑन (Baryon) आणि मेसॉन (Meson) या दोन गटांत विभागणी केली जाते. बॅरिऑनांची आभ्राससंख्या (spin) $1/2, 3/2,$ … असते आणि मेसॉनांची आभ्राससंख्या $0, 1, 2,$ …. असते. बॅरिऑन आणि मेसॉनांसंबद्धी विस्तृत माहिती खाली दिलेली आहे.

बॅरिऑन (Baryon) : बॅरिऑन हे तीन क्वार्क एकत्र येऊन तयार झालेले असतात. उदा., दोन $u$ आणि एक $d$ क्वार्कांच्या संयोगाने प्रोटॉन तयार होतो, तर दोन $d$ आणि एक $u$ क्वार्कांच्या संयोगाने न्यूट्रॉन तयार होतो. बॅरिऑन हे फेर्मिऑन (Fermion) असून त्यांची सांख्यिकी फेर्मी-डिरॅक सांख्यिकी असते. $u, d$ आणि $s$ या प्रजातींच्या क्वार्कपासून निर्माण झालेले बॅरिऑन खालील कोष्टकात दाखवलेले आहेत. यांव्यतिरिक्त चार्म, टॉप आणि बॉटम यांच्या संयोगानेसुद्धा बॅरिऑन तयार होतात. या कोष्टकात बॅरिऑनांची वस्तुमाने, त्यांची संकेतचिन्हे आणि इतर गुणधर्म दाखवलेले आहेत.

सर्व बॅरिऑनांपैकी फक्त प्रोटॉन स्थायी आहे. इतर बॅरिऑनांचा प्रबल, अबल अथवा विद्युतचुंबकीय आंतरक्रियांद्वारा ऱ्हास होतो. न्यूट्रॉनचा मात्र अणुकेंद्रात बद्ध असल्यास ऱ्हास होत नाही. उदा., ड्युटेरियम (Deuterium; ${}^2H$ ) अणुकेंद्रात एक प्रोटॉन आणि एक न्यूट्रॉन असतो आणि त्यामध्ये बद्ध असलेल्या न्यूट्रॉनाचा ऱ्हास होत नाही. बॅरिऑनांची वस्तुमाने $MeV$ या एककात दिलेली आहेत. ( $1 MeV = 1.782662$ X $10^{-27} kg$ .)

सर्व बॅरिऑनांचे प्रतिकण असतात आणि त्यांना प्रतिबॅरिऑन (Antibaryon) म्हणतात. बॅरिऑनांना बॅरिऑनसंख्या ही आंतरिक (internal) पुंज संख्या असते. सर्व बॅरिऑनांची बॅरिऑनसंख्या $1$ असते. प्रतिबॅरिऑनांची बॅरिऑनसंख्या $-1$ असते. या व्यतिरिक्त असलेल्या आंतरिक पुंज संख्या आयसोस्पिन, स्ट्रेंजनेस, चार्म, ब्यूटी, अप आणि बॉटम अशा आहेत. क्वार्कांच्या आंतरिक पुंज संख्येविषयी विस्तृत माहिती क्वार्क या नोंदीत दिलेली आहे.

कोष्टकात दिलेल्या बॅरिऑनांव्यतिरिक्त चार्म ( $c$ ), टॉप ( $t$ ) आणि बॉटम ( $b$ ) क्वार्क असलेले बॅरिऑनसुद्धा असतात. त्यांची वस्तुमाने बरीच अधिक आहेत म्हणून वरील कोष्टकामध्ये त्यांचा उल्लेख केलेला नाही.

बॅरिऑन, वस्तुमान ( $MeV/c^2$ )	संकेतचिन्ह	विद्युतभार	बॅरिऑन वस्तुमान ( $MeV/c^2$ )	संकेतचिन्ह	विद्युतभार
प्रोटॉन $uud$ $936$	$P$	$1e$	डेल्टा $uuu, udd, udd, ddd$ $1236$	$\Delta^{(++,+,0,-)}$	$(2e,1e,0e,-1e)$
न्यूट्रॉन $udd$ $938$	$n$	$0e$	सिग्मा*(+,0,-) $uus, uds, dds$ $1383$	$\Sigma^{(+,0,-)}$	$(1e,0e,-1e)$
लॅम्बडा $uds$ $1193$	$\Lambda$	$0e$	कासकेड*(0,-) $uss, dss$ $1532, 1535$	$\Xi^{(+0,-)}$	( $0e,-1e$ ),
सिग्मा(+,0,-) $uus, uds, dds$ $1197, 1192, 1197$	$\Sigma^{(+,0,-)}$	( $1e,0e,-1e$ )	ओमेगा(-) $sss$ $1672$	$\Omega^-$	$-2e$
कासकेड(0,-) $uss, dss$ $1315, 1322$	$\Xi^{(0,−1)}$	( $0e,-1e$ )

मेसॉन (Meson) : मेसॉनांची आभ्राससंख्या (spin) $0, 1, 2,$ ….. अशी असते. मेसॉनांमध्ये सर्वसाधारणपणे एक संयुजा क्वार्क आणि एक संयुजा प्रतिक्वार्क असतो. याला सिग्मा-मेसॉन ( $\sigma-$ meson) हा अपवाद आहे त्याच्या संरचनेविषयी एकमत नाही. तसेच काही मेसॉन ग्लूऑनांच्या (Gluon) संयोगाने तयार होऊ शकतात. त्यांना ग्लूबॉल (gluball) असे म्हणतात. ग्लूबॉलांचे वस्तुमान क्वार्क आणि प्रतिक्वार्क असलेल्या मेसॉनांच्या तूलनेत बरेच अधिक असते.

मेसॉन हे बोसॉन (Boson) असून त्यांची सांख्यिकी बोस-आइन्स्टाइन सांख्यिकी आहे. सर्वच मेसॉन अस्थायी आहेत आणि त्यांचा ऱ्हासही चटकन होतो. काही हलक्या $u, d$ आणि $s$ क्वार्क घटक असलेल्या मेसॉनांची नावे आणि इतर गुणधर्म खालील कोष्टकात नमूद केले आहेत.

खालील कोष्टकात नमूद केलेल्या मेसॉनांमध्ये यांव्यतिरिक्त $c, t$ आणि $b$ क्वार्क आणि किंवा त्यांचे प्रतिक्वार्क घटक असलेले मेसॉनसुद्धा असतात. त्यांची वस्तुमाने बरीच अधिक असल्याने ते या कोष्टकात दाखवलेले नाहीत.

काही हलके मेसाॅन

नाव, वस्तुमान ( $MeV/c^2$ )	संकेतचिन्ह, आभ्राससंख्या, पॅरिटी	इतर पुंज संख्या (आइसोस्पिन, स्ट्रेन्जनेस) क्वार्क संरचना	नाव, वस्तुमान ( $MeV/c^2$ )	संकेतचिन्ह, आभ्राससंख्या, पॅरिटी	इतर पुंज संख्या (आइसोस्पिन, स्ट्रेन्जनेस) क्वार्क संरचना
पाय-मेसॉन (Pion) $139.5, 135, 139.5$	$\pi^{(+,0,-)}$ , $0$ , $+$	$(1, 0, -1)$ , $0$ , $(u\bar d), (u\bar u, d\bar d), (d\bar u)$	ऱ्हो-मेसॉन (rho-meson) $775$	$\rho^{(+,0,-)}$ , $1$ , $+$	$(1, 0, -1)$ , $0$ , $(u\bar d), (u\bar u, d\bar d), (d\bar u)$
के-मेसॉन (Kaon) $493.7, 497.6$	$K^{(+,0)}$ , $0$ , $-$	$(1/2, -1/2)$ , $1$ , $(u\bar s), (d\bar s)$	ओमेगा-मेसॉन (Omega meson) $782$	$\omega$ , $1$ , $+$	$0$ , $0$ , $(u\bar u), (d\bar d), (s\bar s)$
के-बार-मेसॉन (K bar meson) $497.6, 493.7$	$K^{(0, -)}$ , $0$ , $-$	$(1/2, -1/2)$ , $1$ , $(s\bar d), (s\bar u)$	केमेसॉन (Kmeson) $891, 896$	$K^{*(0, -)}$ , $1$ , $+$	$(1/2, -1/2)$ , $1$ , $(s\bar d), (s\bar u)$
ईटा-मेसॉन (Eta meson) $547.8$	$\eta$ , $0$ , $-$	$0$ , $0$ , $(u\bar u), (d\bar d), (s\bar s)$	केबार-मेसॉन (Kbar meson) $896, 891$	$K^{*(0, -)}$ , $1$ , $+$	$(1/2, -1/2)$ , $-1$ , $(s\bar d), (s\bar u)$
सिग्मा-मेसॉन (sigma meson) $550$	$\sigma$ , $0$ , $-$	$0$ , $0$ ,

काही स्पष्टीकरणे : १. काही बॅरिऑन आणि मेसॉनांचे क्वार्क घटक सारखे असतात परंतु त्यांचे गुणधर्म भिन्न असतात. उदा., $P$ व $\Delta^+$ . या बॅरिऑनांमधील घटक क्वार्क सारखेच आहेत परंतु त्यांची वस्तुमाने भिन्न आहेत आणि $P$ व $\Delta^+$ यांच्या आभ्राससंख्या अनुक्रमे $1\2$ आणि $3\2$ आहेत. तसेच पाय-मेसॉन आणि ऱ्हो-मेसॉन यांमध्ये एकाच प्रकारचे क्वार्क आणि प्रतिक्वार्क असतात पण त्यांचे गुणधर्म भिन्न आहेत. त्यांमधील फरकाचे कारण त्यांमधील क्वार्कांचे तरंगफल आहे.

२.सिग्मा-मेसॉनाच्या क्वार्क घटकांविषयी फारशी माहिती नाही.

३.विद्युतभाररहित $K$ आणि $K$ बार तसेच $K^*$ आणि $K^*$ बार मेसॉन एकमेकांचे प्रतिकण आहेत. हे त्यांच्या क्वार्क घटकांमुळे समजते. $\pi, \eta, \sigma, \omega$ हे मेसॉन स्वतःचे प्रतिमेसॉन आहेत. $\pi^+, K^+, \rho^+, K^{*+}$ या मेसॉनांचे अनुक्रमे $\pi^-, K^-, \rho^-, K^{*-}$ हे प्रतिमेसॉन आहेत.