核子 (かくし、英 : nucleon )は、原子核 を構成する陽子 と中性子 の総称。原子 の原子核は陽子と中性子により構成されていることにより、これらを総称して核子と呼ぶ。陽子も中性子もバリオン の一種であるため、核子もまたバリオン の一種である。
核子はダウンクォーク (d)とアップクォーク (u)により構成される(中性子は2個のdと1個のu、陽子は1個のdと2個のu)。これに対し、ストレンジ という重いクォーク を含んだ重いバリオンをハイペロン と呼び、Λ(アイソスピン 0、uds), Σ(アイソスピン1、uus, uds, dds), Ξ(アイソスピン1/2、uss, dss), Ω(アイソスピン0, sss)と呼ばれる。また、原子核を構成する粒子にハイペロンを含んだ核をハイパー核 と呼ぶ。
励起状態
核子の励起状態 は核子共鳴 (nucleon resonance)と呼ばれる。 これらの状態は、核子を構成するクォーク のスピン や軌道角運動量 の異なる状態として解釈される。励起状態の質量は基底状態 よりも重く、平均寿命は短くなっている。
バリオン励起状態を便宜的に区別する記号としてN(M) L2I2J という表記がしばしば用いられる。ここで、Mは状態の質量、Lは軌道角運動量、2Iはアイソスピンの2倍、2Jは全角運動量の2倍を表す。
以下の表では、現在までに知られている核子の励起状態の中で、Particle Data Group によってその存在が十分確からしいとみなされている状態のみを示す。各状態には陽子のようなuudクォークから構成される荷電粒子と、中性子のようなuddクォークから構成される中性粒子、さらに、それらの反粒子u u d 、u d d が存在する。
核子励起状態
名称
記号
PDG 質量平均 (MeV /c 2 )
I
J P
S
C
B
T
全崩壊幅 (MeV /c 2 )
主な崩壊モードと分岐比
核子/陽子 /中性子 [ PDG 1] †
N(939) P11
939
0.5 1 ⁄2
0.5 1 ⁄2 +
0
0
0
0
†
†
核子(ローパー共鳴 )[ PDG 2]
N(1440) P11
1440
0.5 1 ⁄2
0.5 1 ⁄2 +
0
0
0
0
200 — 450
N + π (55-75%)
核子[ PDG 3]
N(1520) D13
1520
0.5 1 ⁄2
1.5 3 ⁄2 -
0
0
0
0
100 — 125
N + π (55-65%)
核子[ PDG 4]
N(1535) S11
1535
0.5 1 ⁄2
0.5 1 ⁄2 -
0
0
0
0
125 — 175
N + π (35-55%) N + η (45-60%)
核子[ PDG 5]
N(1650) S11
1650
0.5 1 ⁄2
0.5 1 ⁄2 -
0
0
0
0
145 — 185
N + π (60-95%)
核子[ PDG 6]
N(1675) D15
1675
0.5 1 ⁄2
2.5 5 ⁄2 -
0
0
0
0
135 — 165
N + π + π (50-60%)
核子[ PDG 7]
N(1680) F15
1680
0.5 1 ⁄2
2.5 5 ⁄2 +
0
0
0
0
120 — 140
N + π (65-70%)
核子[ PDG 8]
N(1700) D13
1700
0.5 1 ⁄2
1.5 3 ⁄2 -
0
0
0
0
50 — 150
N + π + π (85-95%)
核子[ PDG 9]
N(1710) P11
1710
0.5 1 ⁄2
0.5 1 ⁄2 +
0
0
0
0
50 — 250
N + π + π (40-90%)
核子[ PDG 10]
N(1720) P13
1720
0.5 1 ⁄2
1.5 3 ⁄2 +
0
0
0
0
150 — 300
N + π + π (>70%)
核子[ PDG 11]
N(2190) G17
2190
0.5 1 ⁄2
3.5 7 ⁄2 -
0
0
0
0
300 — 700
N + π (10—20%)
核子[ PDG 12]
N(2220) H19
2220
0.5 1 ⁄2
4.5 9 ⁄2 +
0
0
0
0
350 — 500
N + π (10—20%)
核子[ PDG 13]
N(2250) G19
2250
0.5 1 ⁄2
4.5 9 ⁄2 -
0
0
0
0
230 — 800
N + π (5—15%)
† P11 (939)は通常の核子の励起状態であるが、これは原子内部の核子のような状態を表す。このような状態の核子は常に安定であり、自由な中性子のような崩壊は起こらない。
脚注
^ Particle listings — Note on N and Delta Resonances
^ Particle listings — N(1440)
^ Particle listings — N(1520)
^ Particle listings — N(1535)
^ Particle listings — N(1650)
^ Particle listings — N(1675)
^ Particle listings — N(1680)
^ Particle listings — N(1700)
^ Particle listings — N(1710)
^ Particle listings — N(1720)
^ Particle listings — N(2190)
^ Particle listings — N(2220)
^ Particle listings — N(2250)
関連項目