Hyperjádro

Hyperjádro je atomové jádro, které obsahuje kromě nukleonů nejméně jeden hyperon, a má tedy nenulovou podivnost. Objevili jej Marian Danysz a Jerzy Pniewski roku 1952. Nejsnadněji se studují hyperjádra obsahující Λ0, která žijí dostatečně dlouho, takže mají ostré energetické hladiny.

Hyperjádro se označuje spodním levým indexem se značkami hyperonu (Λ, Σ0, Ξ− apod.), například  8
Λ Be, přičemž horní levý index je hmotnostní číslo (udávající počet nukleonů a hyperonů dohromady).

Byla též připravena hyperjádra, obsahující hyperon Σ0,[pozn. 1] i hyperjádra s vícenásobnou podivností (např.  6
ΛΛ He nebo  10
ΛΛ Be[2] nebo  15
Ξ‾ N[3]). V současné době je známo více než 30 hyperjader. V r. 2010 bylo připraveno první antihyperjádro ( 3
Λ H),[4] nejtěžšími antihyperjádry jsou k r. 2024 jádro antihypervodíku-4 ( 4
Λ H) tvořené 1 antiprotonem, 2 antineutrony a 1 antihyperonem lambda[5] a jádro antihyperhelia-4 ( 4
Λ He) tvořené 2 antiprotony, 1 antineutronem a 1 antihyperonem lambda.[6]

Hyperjádra, konkrétně např. hypertriton  3
Λ H a jeho rozpadové vlastnosti, mohou pomoci vysvětlit strukturu neutronových hvězd a jejich vlastnosti, např. hmotnosti přesahující očekávaný rozsah.[7]

Vznik

Hyperjádro může vzniknout změnou podivnosti jádra například při prostém zachycení hyperonu nebo při zachycení hyperonu či podivného mezonu a jeho interakci s jaderným nukleonem, případně rozpadem jiného hyperjádra.

Příklady zachycení kaonu:

K− + 4He →  4
Λ He + π−
K− + 9Be →  9
Σ° Be + π−

Příklad vzniku z jiného hyperjádra:

 10
ΛΛ Be →  8
Λ Be + p + π−
 15
Ξ‾ N →  10
Λ Be +  5
Λ He [3]

Rozpad

Hyperjádra jsou nestabilní. Pro většinu připravených hyperjader obsahujících jeden hyperon Λ leží jejich střední doba života v intervalu mezi 10−11 s a 10−10 s. Rozpadají se slabou interakcí buďto mezonovým nebo bezmezonovým rozpadem.

Mezonový rozpad probíhá rozpadem hyperonu v jádře za vzniku π− (Λ ⇒ p+π−) nebo π0 (Λ ⇒ n+π0), který vyletuje z jádra. Uvolněná energie se pohybuje kolem 40 MeV.[8] U lehčích jader může dojít i k současnému uvolnění nukleonu nebo rozštěpení jádra (přičemž zbylé jádro má velkou vazebnou energii na nukleon).

Příklad mezonového rozpadu:

 3
Λ H → 3He + π−
 8
Λ Be → 2 4He + p + π−

Při bezmezonovém rozpadu dochází k interakci hyperonu s protonem (Λ+p ⇒ p+n) nebo neutronem (Λ+n ⇒ n+n). Bezmezonový rozpad se pozoruje zpravidla u těžkých jader. Energie uvolněná při bezmezonovém rozpadu je oproti mezonovým rozpadům zhruba o 140 MeV vyšší (tento rozdíl dobře odpovídá klidové energii pionu).[8]

Poznámky

  1. ↑ V r. 1980 na protonovém synchrotronu v CERNu se podařilo připravit hyperjádra  9
    Σ°     Be záchytem kaonů K− v jádrech 9Be.[1] Objev byl velkým překvapením, protože se do té doby na základě zjednodušených modelů jádra předpokládalo, že jiná než Λ-hyperjádra nemohou existovat, neboť jiné hyperony by se v jádře ihned silnou interakcí s nukleony rozpadly na Λ.

Reference

  1. ↑ Bertini R. et al., Phys. Lett., 1980, svazek 90B, číslo 4, s. 375
  2. ↑ Recent Results and Directions in Hypernuclear and Kaon Physics
  3. ↑ a b SCHIRBER, Michael. Doubly Strange Nucleus Observed. S. 15. Physics [online]. American Physical Society, 2021-02-11 [cit. 2021-02-18]. Roč. 14, s. 15. Dostupné online. (anglicky) 
  4. ↑ From two-trillion-degree heat, researchers create new matter -- and new questions
  5. ↑ MIHULKA, Stanislav. V Brookhavenu vystopovali rekordně těžká jádra antihmoty. OSEL.cz [online]. 2024-08-22 [cit. 2024-08-23]. Dostupné online. ISSN 1214-6307. 
  6. ↑ HOUSER, Pavel. V CERNu poprvé detekovali antičástici hyperhelia-4. SCIENCEmag.cz [online]. Nitemedia s.r.o., 2024-12-10 [cit. 2024-12-10]. Dostupné online. 
  7. ↑ STEPHENS, Marric. How Tightly Bound Are Hypertritons?. Physics [online]. American Physical Society, 2023-09-05 [cit. 2023-09-13]. Roč. 16: s129. Dostupné online. (anglicky) 
  8. ↑ a b MUCHIN, Konstantin Nikiforovič. Eksperimentalnaja jadernaja fizika. Svazek 2.. Moskva: Energoatomizdat, 1983. Kapitola 38, s. 279–287. (rusky) 

Externí odkazy