Adroni

Gli adroni sono particelle subatomiche composte da quark, tenuti insieme dalla forza nucleare forte mediata dai gluoni.

Non sono particelle elementari, perché al loro interno ospitano quark e, in certi casi, anche antiquark.

Il termine “adrone” deriva dal greco "hadrós", che significa “robusto” o “massiccio”, un riferimento alla massa relativamente elevata di queste particelle rispetto, ad esempio, ai leptoni.

Nota. Questa traduzione non va però intesa in senso assoluto perché esistono anche adroni molto leggeri. Ad esempio, il pione ha massa inferiore a quella del protone.

A seconda della loro struttura interna, gli adroni si suddividono principalmente in due categorie:

• Barioni
  I barioni sono composti da tre quark  (o, per gli antibarioni, da tre antiquark). I due esempi più noti sono il protone (uud, ossia due quark up e un quark down) e il neutrone (udd, ossia due quark down e un quark up). Poiché possiedono uno spin semi-intero (1/2 oppure 3/2), i barioni sono fermioni e obbediscono alla statistica di Fermi-Dirac.
  

  Nota. Il protone è l’unico barione noto ad essere stabile in isolamento. Al contrario, il neutrone libero decade con un tempo di vita medio di circa 15 minuti, trasformandosi in un protone, un elettrone e un antineutrino elettronico. Tutti i barioni diversi dal protone sono instabili e decadono in tempi relativamente brevi.

• Mesoni
  I mesoni sono particelle composte da una coppia formata da un quark e un antiquark. Nei mesoni, il quark e l’antiquark hanno colori opposti: uno ha un colore, l’altro ha il corrispondente anticolore (ad esempio verde e anti-verde), così da formare un sistema incolore, cioè neutro rispetto alla carica di colore. Alcuni esempi comuni di mesoni sono il pione e il kaone. La combinazione degli spin di un quark e di un antiquark può dare come risultato uno spin intero (0 oppure 1), per cui i mesoni sono bosoni e seguono la statistica di Bose-Einstein.
  

  Nota. Nessun mesone è stabile. Tutti decadono, con tempi di vita che variano da frazioni di secondo a frazioni di femtosecondo. Alcuni hanno una vita media “lunga” su scala subatomica, ma sono comunque instabili.

• Adroni esotici
  Esistono anche adroni con configurazioni più complesse, detti adroni esotici. Questi non rientrano nella classificazione tradizionale mesone/barione. Ad esempio, i tetraquark sono costituiti da due quark e due antiquark, i pentaquark sono formati da quattro quark e un antiquark, ecc. Queste particelle sono state previste teoricamente da tempo e solo recentemente osservate sperimentalmente al CERN e in altri laboratori.

In generale, gli adroni rappresentano tutte le particelle soggette all’interazione forte e sono composti da quark legati in configurazioni diverse.

Oggi sappiamo che esistono sei tipi di quark fondamentali, e che tutti gli adroni sono fatti da combinazioni di questi.

Nota. Nel corso degli anni sono state scoperte tantissime particelle diverse chiamate adroni, ciascuna con proprie combinazioni di carica, massa e spin. Ma queste particelle non sono “fondamentali”: sono fatte da quark già noti che si legano tra loro in modi diversi. Negli anni '50 e '60, la crescente quantità di adroni osservati ha spinto i fisici a cercare un modello più semplice che spiegasse tutte queste particelle come combinazioni di pochi costituenti di base.  È così che è nata l’idea dei quark, e via via ne sono stati introdotti di nuovi per spiegare le proprietà degli adroni: prima lo strange, poi il charm, e così via.

E così via.