Hadrons

"Just as elephants live together in groups, quarks also only exist in groups with other quarks. They never occur alone. Quarks make up particles we call hadrons".

Hadrons (Greek hadros = strong, exuberant) are subatomic particles. Their main characteristic is the strong nuclear interaction. Currently, hadrons are no longer considered elementary particles. They are characterized as objects composed of quarks. Known hadrons are divided into baryons and mesons.

Properties

 * Hadrons can be either bosons (then they are mesons) or fermions (then they are baryons).
 * They respond to strong interaction.
 * They are always color neutral, because their color charge is zero.
 * Each hadron also has its own antiparticle, which is assembled from the corresponding antiquarians.
 * Apart from the proton, we classify all hadrons as unstable particles.
 * An interesting group are - metastable particles. Only a weak or electromagnetic interaction is sufficient to disintegrate these particles.
 * Resonance – excited state of a hadron.

Baryon
The term is derived from the Greek "barys", meaning "heavy", which is related to the fact that baryons have a higher rest mass than other particles.

Baryons can be divided into lighter ones – nucleons, which include protons and neutrons containing quarks ( u, d ) and heavier ones – hyperons , which include Λ hyperon, Σ hyperons, Ξ hyperons and Ω hyperon, containing quark ( s ).

Baryons are composed of three quarks, which can be combined - see Fig. baryon octet:


 * The I3 axis expresses the isospin magnitude of individual baryons; it can reach values ​​from -1 to 1, but let's not confuse it with the spin of individual baryons - it can only be semi-numerical, i.e. 1/2, 3/2,...;
 * The Q axis expresses the charge of baryons and in the figure reaches the values ​​-1, 0, 1;
 * S is the so-called axis of strangeness and in the figure it reaches the values ​​0, 1, 2. The composition of individual baryons from quarks u, d, s is shown in the pink points of the diagram.

All baryons have a mass equal to or greater than the mass of a proton. $$m_p = 1,6726231 \times 10^{-27} kg$$

Mezony
náhled|Mezonový nonet Mezony mají nulový nebo celočíselný spin, což je řadí současně mezi bosony. Jsou složené z kvarku a antikvarku, mají velmi krátkou životnost a barevně jsou to neutrální částice.

Jejich složení je naznačeno na obr. mezonový nonet. $$ S = -(n_s - n_{anti s}) $$ Mezony dělíme dle vzájemné orientace spinů: U mezonů s vyšším výsledným celočíselným spinem se spiny kvarků skládají ještě s orbitálním momentem hybnosti. Na rozdíl od baryonů u mezonů nelze hovořit o antihmotě, antičásticí mezonu jsou totiž částice, v nichž kvark z původního mezonu nahradíme příslušným antikvarkem a původní antikvark příslušným kvarkem, výslednou částicí je tedy znovu mezon.
 * Osa I3 opět určuje hodnotu izospinu a na obrázku dosahuje hodnot −1, −1/2, 0, 1/2, 1. Výsledný spin mezonů je buď nulový a nebo celočíselný. S je osa vyjadřující hodnotu „podivnosti“ a je dána vztahem, kde n je počet kvarků a antikvarků, čímž se vysvětluje zvláštní fakt, že mezony obsahující antikvark mají s = +1.
 * Na obrázku si dále můžeme představit i osu Q, která by byla umístěna stejně jako u předchozího obrázku a dosahovala by hodnot −1, 0, 1.
 * skalární mezony – spin kvarku orientován opačně než spin antikvarku, výsledný mezonový spin je nulový  s = 0;
 * vektorové mezony – spin kvarku a antikvarku mají směr shodný, výsledný mezonový spin je  s = 1.

Historie
V r. 1947 byl v kosmickém záření objeven mezon π (pion). Následně byl na počátku 50. let uskutečněn objev mezonů K. V průběhu 50. a 60. let byly na urychlovačích objeveny další hadrony. V 70. letech došlo k objevu dvou nových tříd hadronů, které obsahují další typy kvarků, kvarky (c a b).

Využití hadronů v medicíně – hadronová terapie
Jedná se o ozařování nádorových struktur, při kterém se využívá těžkých nabitých částic, patřících mezi hadrony (protony – patřící mezi nejlehčí baryony a mezony π). Na rozdíl od lehkých částic (foton a elektron), které při srážce s jiným elektronem předávají velkou část své energie, nebo zcela změní svůj směr letu, těžké hadrony předávají při srážkách jen malou část své energie a jejich směr letu se mění jen minimálně. Hadrony tedy svou energii při průchodu tkání ztrácejí postupně, a proto se nerozptylují a všechny doletí zhruba do stejného místa. Čím rychleji částice letí, tím méně energie při cestě ztrácí. Směr letu částic lze korigovat pomocí magnetického pole, a tak se dá velmi přesně určit místo, dopadu hadronů. Nádor je pak velice přesně zničen bez větších zásahů do okolní tkáně.

Ozařování pomocí hadronů je známo již od roku 1954. Zatím ale stále nevyřešeným problémem zůstává urychlovač hadronů, který je nezbytnou avšak velice nákladnou součástí takového zařízení. Navíc je toto ozařování vhodné zhruba pro 5–10 % pacientů s rakovinou. Nádor se u nich nachází hluboko a je dobře lokalizován. Nejčastěji tedy nádory na mozku, u kterých obzvláště záleží na odstranění nádoru bez sebemenšího poškození okolní zdravé tkáně.