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.