Particella delta
La particella delta (Δ) appartiene alla famiglia dei barioni ed è relativamente leggera. È formata da tre quark leggeri (up $u$ e down $d$), gli stessi che compongono protoni e neutroni.
A differenza del protone e del neutrone (spin $1/2$), i barioni Δ hanno spin $3/2$.
I barioni Δ vengono interpretati come uno stato eccitato del nucleone, perché hanno la stessa composizione di quark ($u$ e $d$), ma differiscono per la disposizione dei loro spin, che in questo caso risultano allineati e producono uno stato di spin totale $3/2$.
I barioni delta costituiscono un quartetto di isospin ($I = 3/2$) con quattro stati possibili:
- $\Delta^{++}$ : $uuu$
- $\Delta^{+}$ : $uud$
- $\Delta^{0}$ : $udd$
- $\Delta^{-}$ : $ddd$
Questa simmetria riflette la combinazione delle due specie di quark leggeri ($u$, $d$).
Nota. Il barione Δ mostra come la dinamica interna dei quark (allineamento degli spin e simmetrie di isospin) generi stati eccitati con massa maggiore rispetto ai nucleoni. È una delle prime evidenze sperimentali della struttura a quark dei barioni.
Le caratteristiche
Le principali caratteristiche della particella Delta sono:
| Caratteristica | Valore |
|---|---|
| Tipo | Barione (risonanza) |
| Famiglia | Iperoni non strani (solo $u$, $d$) |
| Quark | Combinazioni di $u$ e $d$ |
| Carica elettrica | $+2e, +1e, 0, -1e$ |
| Spin | $3/2$ |
| Isospin | $3/2$ |
| Massa | $\sim 1232$ MeV/$c^2$ |
| Tempo di vita | $\sim 6 \times 10^{-24}$ s (molto breve) |
| Interazione | Forte |
Il decadimento
I barioni $\Delta$ sono risonanze instabili: decadono tramite l’interazione forte in un nucleone (protone $p$ o neutrone $n$) e un pione ($\pi$).
Ad esempio, la particella $ \Delta^0 $ è composta da tre quark: $udd$.
Nel decadimento forte, uno dei quark emette un gluone ( $ g $ ) che si trasforma in una coppia $u\bar u$.
A questo punto il sistema contiene i quark $u, d, d$ originari più la coppia $u\bar u$.
Il nuovo quark $u$ prende il posto di un quark $d$ all’interno del barione, così la tripletta diventa $uud$, ossia un protone.
Il quark $d$ in eccesso si lega con l’$\bar u$ della coppia, formando un pione negativo ($\pi^- = d\bar u$).
Il decadimento può quindi essere schematizzato come: $$ \Delta^0 (udd) \;\;\longrightarrow\;\; p(uud) + \pi^-(d\bar u).
$$
Nota. In questo meccanismo il gluone è cruciale: produce la coppia quark - antiquark che permette al sistema di ricombinarsi rapidamente in stati stabili, rendendo il decadimento forte della particella $\Delta^0$ estremamente veloce. Da notare che la particella $ \Delta^0 $ ha gli stessi quark di un neutrone ( udd). Tuttavia, il neutrone non può decadere in un protone e un pione perché è meno pesante.
Ecco altri esempi di canali di decadimento forte della particella delta:
$\Delta^{++} \to p + \pi^+$
$\Delta^{+} \to p + \pi^0 \quad$ oppure $\quad n + \pi^+$
$\Delta^{0} \to n + \pi^0 \quad$ oppure $\quad p + \pi^-$
$\Delta^{-} \to n + \pi^-$
Nota. In alcuni casi la particella $ \Delta $ può decadere anche tramite l’interazione debole, ma questo canale è estremamente raro e i suoi effetti vengono di norma sovrastati dal decadimento forte, che avviene con probabilità molto maggiore. Ad esempio, la particella $ \Delta^0 $ può trasformarsi in un protone emettendo un bosone $ W^- $, il quale decade successivamente in un pione negativo. $\Delta^{0} \to p + \pi^-$.
E così via.
