Un baryon est, en physique des particules, une catégorie de particules, dont les représentants les plus connus sont le proton (Le proton est une particule subatomique portant une charge électrique élémentaire...) et le neutron (Le neutron est une particule subatomique de charge électrique totale nulle.). Le terme " baryon " vient du grec barys qui signifie " lourd " ; il se réfère au fait que les baryons sont en général plus lourds que les autres types de particules.
Les baryons appartiennent à la famille des hadrons, c'est-à-dire qu'ils sont composés de quarks. Les baryons sont composés de trois quarks. En tant qu'hadrons, les baryons sont sensibles à l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein...) forte.
Les baryons sont également des fermions, ils sont donc soumis au principe d'exclusion de Pauli et décrits par la statistique de Fermi-Dirac (En mécanique quantique et en physique statistique, la statistique de Fermi-Dirac désigne...).
Les baryons ont leurs propres antiparticules, les anti-baryons, qui sont constitués de trois anti-quarks.
Les baryons les plus courants sont les nucléons, c'est-à-dire les protons et les neutrons. Mis à part ceux-ci, différentes familles de baryons (Δ, Λ, Σ, Ξ, Ω) ont été observées ; elles se différencient par les types de quarks qui les constituent :
Les baryons composés d'au moins un quark s sont nommés hypérons.
Les baryons exotiques sont des particules composées de trois quarks et de particules additionnelles (qui peuvent être également des quarks). Les pentaquarks, qui auraient été observés par certaines expériences récentes en physique des particules (La physique des particules est la branche de la physique qui étudie les constituants...), en font partie. Ces pentaquarks sont constitués de 4 quarks et d'un antiquark. Par exemple, le Θ(1540)+ serait constitué de deux quarks u, de deux quarks d et d'un anti-quark s?. L'existence des pentaquarks est toujours controversée.
Une expérience récente (avril 2005) du laboratoire Jefferson qui était sensée mettre en évidence les pentaquarks n'a rien donné, et semblerait donc remettre en cause leur existence (lien).
Le terme " matière baryonique " désigne la matière composée principalement de baryons (en pourcentage (Un pourcentage est une façon d'exprimer une proportion ou une fraction dans un ensemble. Une...) de la masse totale). Cela inclut les atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut...) et donc à peu près la totalité de la matière ordinaire.
À l'inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de...), la matière non-baryonique en est l'exacte antithèse, c'est-à-dire la matière qui n'est pas composée de baryons. Dans l'absolu, cela concerne les neutrinos, les photons (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction...) et les électrons, mais le terme est généralement réservé à la matière " exotique " — et fortement spéculative — comme la matière noire (En astrophysique, la matière noire (ou matière sombre), traduction de l’anglais...) non baryonique[1], les particules supersymétriques, et les axions et les constituants. La distinction entre matière baryonique et non-baryonique est importante en cosmologie (La cosmologie est la branche de l'astrophysique qui étudie l'Univers en tant que système...) car la matière noire non baryonique se comporte de façon significativement différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des...) de la matière baryonique. En particulier, elle n'interagit pas avec le rayonnement électromagnétique (Un rayonnement électromagnétique désigne une perturbation des champs électrique...) et est, comme son nom l'indique " noire " et difficile à détecter expérimentalement.
L'existence même des baryons est un problème classique en cosmologie. Il est généralement supposé que le Big Bang (Le Big Bang est l’époque dense et chaude qu’a connu l’univers il y a...) a initalement produit des quantités égales de baryons et d'antibaryons. Le processus qui a conduit les baryons a être légèrement plus nombreux que leurs antiparticules est appelé baryogénèse.
Cette table présente les caractéristiques de quelques baryons. Elle n'est pas exhaustive.
Famille | Symbole | Quarks | Masse au repos (MeV.c-2) |
Spin | Charge (e) |
Étrangeté | Charme (Les charmes constituent un genre d'arbres et d'arbustes de la famille des Bétulacées...) | Durée de vie (s) |
Désintégration |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Proton | p | uud | 938,3 | 1/2 | +1 | 0 | 0 | Stable[2] | — |
Neutron | n | ddu | 939,6 | 1/2 | 0 | 0 | 0 | 885,7[3] | p + e- + |
Delta | Δ++ | uuu | 1 232 | 3/2 | +2 | 0 | 0 | 0,6×10-23 | π+ + p |
Delta | Δ+ | uud | 1 232 | 3/2 | +1 | 0 | 0 | 0,6×10-23 | π+ + n π0 + p |
Delta | Δ0 | udd | 1 232 | 3/2 | 0 | 0 | 0 | 0,6×10-23 | π0 + n π- + p |
Delta | Δ− | ddd | 1 232 | 3/2 | -1 | 0 | 0 | 0,6×10-23 | π- + n |
Lambda | Λ0 | uds | 1 115,7 | 1/2 | 0 | -1 | 0 | 2,63×10-10 | π- + p π0 + n |
Lambda | Λ+c | udc | 2 284,9 | 1/2 | +1 | 0 | +1 | 2,0×10-13 | |
Lambda | Λ0b | udb | 5 624 | 1/2 | 0 | 0 | 0 | 1,2×10-12 | |
Sigma | Σ+ | uus | 1 189,4 | 1/2 | +1 | -1 | 0 | 0,8×10-10 | π0 + p π+ + n |
Sigma | Σ0 | uds | 1 192,6 | 1/2 | 0 | -1 | 0 | 7,4×10-20 | Λ0 + γ |
Sigma | Σ− | dds | 1 197,4 | 1/2 | -1 | -1 | 0 | 1,5×10-10 | π- + n |
Xi | Ξ0 | uss | 1 314,8 | 1/2 | 0 | -2 | 0 | 2,9×10-10 | Λ0 + π0 |
Xi | Ξ− | dss | 1 321,3 | 1/2 | -1 | -2 | 0 | 1,6×10-10 | Λ0 + π- |
Xi | Ξ0c | dsc | 2 471,8 | 3/2 | 0 | -1 | +1 | 1,1×10-13 | |
Xi | Ξ+c | usc | 2 466,3 | 3/2 | +1 | -1 | +1 | 4,4×10-13 | |
Oméga | Ω− | sss | 1 672,4 | 3/2 | -1 | -3 | 0 | 0,82×10-10 | Λ0 + K- Ξ0 + π- |
Oméga | Ω0c | ssc | 2 697,5 | 1/2 | 0 | -2 | +1 | 6,9×10-14 |