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ハドロン(Hadron:ギリシャ語の「強い」の意のhadrosに由来)とは、素粒子物理学において強い相互作用をする粒子の総称。強粒子とも訳されるが、現代の粒子物理学者がこの和名で呼ぶことは皆無と言っていいほど少ない。

強い相互作用の基本理論である量子色力学 (QCD) では、ハドロンはクォーク(と反クォーク)とグルーオンによって構成される複合粒子である。

◆ ハドロンの種類

ハドロンはバリオンとメソン (中間子) の2つに大別される。

バリオンはスピンが半整数のフェルミオン(フェルミ粒子ともいう)で、陽子と中性子もこれに含まれる。3つのクォークから構成されている。

メソンはスピンが整数のボソン(ボース粒子ともいう)で、パイ中間子、K中間子はこれに含まれる。クォークと反クォークのペアによって構成される。偶数個のフェルミ粒子で構成されているため、中間子全体としてはボース粒子である。

さらに、バリオンの反粒子として3つの反クォークからなる反バリオンがあり、これもハドロンに含まれる。一方、メソンは反粒子もまたメソンであり、反メソンというものはない。

バリオン(と反バリオン)とメソン以外のバリオンは、エキゾチックハドロンまたはエキゾチックバリオン(エキゾチック物質とは無関係)と総称され、

・2つのクォークと2つの反クォークから成るテトラクォーク

・4つのクォークと1つの反クォークから成るペンタクォーク

・6つのクォークから成るダイバリオン

などが考えられる。テトラクォークとペンタクォークは発見の可能性のある実験が報告されているが、確実な発見はまだない。実験的にはそれぞれメソン2つ、メソンとバリオン、バリオン2つの複合系との区別が難しい。

ただし、これらの構成クォーク数はクォーク模型的な見方で、QCDによればクォーク、反クォークとグルーオンはハドロン中に不定数あり、上述の見方は量子数について言っていると考えた方が正確である。

◆ ハドロンの量子数

ハドロンのみが持ち、ハドロン以外では0となる量子数には以下のようなものがある。

これらは、クォークのみが持つ量子数でもある。クォークのみが持つ量子数にはほかに色荷があるが、ハドロンの色荷は白 (0) である。

ハドロンに限られない量子数で重要なものには、電荷、スピンなどがある。

;アイソスピンの第3成分 I_z

:アップクォークの数 - ダウンクォークの数 - 反アップクォークの数 + 反ダウンクォークの数。アイソスピン自体はベクトル量である。

;ストレンジネス S

:反ストレンジクォークの数 - ストレンジクォークの数。歴史的経緯により(クォークモデル以前に定義されたため)、ストレンジクォークの数 - 反ストレンジクォークの数ではない。

;チャーム C

:チャームクォークの数 - 反チャームクォークの数。

;ボトム B

:反ボトムクォークの数 - ボトムクォークの数(ストレンジネスとの対応からボトムクォークに-1の量子数を与えてある)。

;トップ T

:トップクォークの数 - 反トップクォークの数。

;バリオン数 N_B

:(クォークの数 - 反クォークの数) ÷ 3。3で割るのはバリオンで1にするためである。メソンでは0となる。

;超電荷 Y

:ストレンジネス + バリオン数。

◆ 関連項目

・大型ハドロン衝突型加速器 (LHC) - 実際に衝突させるのは陽子である。

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