Šiuolaikinėje fizikoje hiperonai (angl. Hyperons) užima kritiškai svarbią vietą kaip sunkiasvoriai hadronų grupės atstovai. Tai barionų rūšis, kurios pagrindinis fizinis bruožas – rimties masė, visada viršijanti protono masę.
Nors šios dalelės nėra randamos įprastoje žemiškoje materijoje, jos yra nepakeičiamas įrankis tiriant stipriąją sąveiką ir procesus, vykstančius itin tankių kosminių kūnų, pavyzdžiui, neutroninių žvaigždžių, branduoliuose.
Hiperonų klasifikacija ir esminės savybės
Mokslas išskiria keturias pagrindines hiperonų grupes, kurios tarptautinėje nomenklatūroje žymimos didžiosiomis graikų raidėmis. Kiekviena jų pasižymi specifine mase ir elektros krūviu:
- Liambda (Λ): Neutralūs hiperonai, kurių masė siekia 1115 MeV. Jie pasižymi tuo, kad skyla į protoną ir neigiamą pioną.
- Sigma (Σ): Gali būti teigiami, neigiami arba neutralūs. Jų masės atitinkamai yra 1189, 1197 ir 1192 MeV.
- Ksi (Ξ): Būna teigiami, neigiami arba neutralūs, jų masės siekia 1321, 1321 ir 1315 MeV. Šios dalelės dar vadinamos kaskadinėmis.
- Omega (Ω): Patys masyviausi šeimos nariai, pasiekiantys 1672 MeV masę. Jie būna teigiami arba neigiami.
Visi hiperonai yra sudaryti iš 3 kvarkų, o jų savybes lemia sudėtyje esantis bent vienas „keistasis“ (strange) kvarkas.
Kodėl šios dalelės svarbios Visatos supratimui?
Hiperonai padeda fizikams suprasti, kaip kvarkai sąveikauja tarpusavyje esant dideliam tankiui. Kadangi jie turi bent vieną „keistąjį“ kvarką, jie suteikia informacijos apie jėgas, kurios nepasireiškia paprastuose protonuose ar neutronuose.
Dauguma šių žinių gaunama tiriant dalelių skilimo schemas, kurios parodo, kaip energija transformuojasi subatominiame lygmenyje. Tai leidžia kurti tikslesnius modelius apie tai, kaip formavosi materija pirmosiomis sekundėmis po Didžiojo sprogimo.
Kada tikėtis skilimo ir kokį efektą tai sukelia?
Hiperonai yra itin nestabilios dalelės, todėl jų gyvavimo trukmė yra viena trumpiausių mikropasaulyje.
Pirma, visų hiperonų skilimo pusėjimo periodai yra maždaug ~10⁻¹⁰ s. Tai reiškia, kad jie egzistuoja tik akimirką, kol suskyla į stabilesnes formas.
Antra, skilimo metu išsiskiria kitos dalelės, pavyzdžiui, pionai arba fotonai. Pavyzdžiui, neutralusis Sigma hiperonas skyla į neutralų Liambda hiperoną ir fotoną, taip prarasdamas dalį savo energijos.
Trečia, galutinis procesas visada baigiasi stabilesnių barionų (protonų ar neutronų) susidarymu. Ši grandinė yra esminė tiriant barioninio skaičiaus tvermę šiuolaikinės fizikos eksperimentuose.
Subatominė fizika prisideda prie medicinos technologijų pažangos
Nors hiperonai tiriami fundamentaliame lygmenyje, jų tyrimų metu sukurta įranga ir žinios apie dalelių srautų valdymą tiesiogiai pasitarnauja taikomajam mokslui.
Tai ypač aktualu kuriant naujos kartos diagnostikos ir gydymo prietaisus, kurie naudoja didelės energijos daleles.
- Dalelių greitintuvų technologija: Hiperonų fiksavimui sukurti jutikliai pritaikomi pozitronų emisijos tomografijos (PET) skeneriuose.
- Spindulinė terapija: Tikslus barionų elgsenos pažinimas leidžia efektyviau nukreipti dalelių srautus į vėžines ląsteles, mažinant žalą sveikiems audiniams.
- Medžiagų mokslas: Metodai, naudojami tirti itin trumpai gyvuojančias daleles, leidžia kurti naujus superlaidininkus, naudojamus medicininėje įrangoje.
Apibendrinimas ir ateities perspektyvos
Hiperonai išlieka viena įdomiausių barionų rūšių, leidžianti „pačiupinėti“ keistąją materiją laboratorinėmis sąlygomis.
Tobulėjant dalelių greitintuvams, fizikai tikisi rasti būdų, kaip dar tiksliau išmatuoti šių dalelių savybes, o tai gali atnešti proveržį kuriant naujas medžiagas ar suprantant Visatos kilmę.
