Baryonen

Baryonen sind eine Klasse von Hadronen, die aus drei Quarks bestehen. Sie sind Fermionen mit halbzahligem Spin und tragen die Baryonenzahl B = +1. In der Quantenchromodynamik bilden drei Quarks ein Farbsingulett, wodurch das Teilchen farbneutral ist. Baryonen nehmen an starken Wechselwirkungen teil und können auch an elektromagnetischen oder schwachen Prozessen beteiligt sein. Die Bezeichnung leitet sich von der Erhaltung der Baryonenzahl ab; Antibaryonen besitzen B = −1. Zu den bekanntesten Baryonen zählen Protonen und Neutronen.

Die Grundzustände der Baryonen lassen sich in zwei SU(3)-Flavourmultiplets gliedern: das Oktett (Spin 1/2) und das Dekuplet (Spin 3/2). Das Oktett umfasst Proton (p, uud), Neutron (n, udd), Lambda-Teilchen (Λ, uds), Sigma-Hyperonen (Σ+, Σ0, Σ−; uus, uds, dds) sowie Xi-Hyperonen (Ξ0, Ξ−; uss, dss). Das Dekuplet enthält Delta-Resonanzen (Δ++, Δ+, Δ0, Δ−) sowie weitere resonante Zustände wie Σ* und Ξ* und das Omega-Baryon (Ω−, sss). Proton und Neutron gehören zum Oktett; Delta-Resonanzen gehören zum Dekuplet. Die Massen der Baryonen reichen von rund 1 GeV für die Grundbausteine bis zu mehreren GeV für schwere oder resonante Zustände. Freie Neutronen zerfallen mit einer mittleren Lebensdauer von ca. 14,7 Minuten; Protonen gelten als stabil in der Praxis.

Quarkmodell und Eigenschaften: Baryonen bestehen aus drei Quarks, deren farblicher Zustand ein Farbsingulett bildet. Sie tragen Baryonenzahl B = +1 und sind Gegenstand der Quantenchromodynamik (QCD). Farbzusammenhalt macht sie farbneutral. Die Struktur wird durch Quarkverteilung, Spin und Parität bestimmt; schwere Baryonen enthalten Charm- oder Bottom-Quarks und sind kurzlebig. Baryonen dienen Tests von QCD, Flavour-Physik und kosmologischen Fragen wie der Baryogenese.