Bariony

Bariony są rodziną cząstek silnie oddziałujących fermionów o spinie połówkowym i zaliczanych do hadronów. To cząstki zbudowane z trzech kwarków, a poznano ich około sto dwadzieścia. Barionami są nukleony, czyli składniki jądra proton oraz neutron. Formalnie do definiowania barionów stosuje się niezerową liczbę kwantową, określaną liczbą barionową. Prawo zachowania liczby rabinowej wywodzi się z fundamentalnej globalnej symetrii U(1). Kwarki mają bowiem ułamkową liczbę barionową równą 1/3. Termin barion wywodzi się z języka greckiego klasycznego i oznacza ciężki. Cząstki te były bowiem znacznie cięższe od innych takich jak elektron zaliczany do leptonów. Bariony wraz z mezonami tworzą rodzinę hadronów. Cięższe z nich, zbudowane przynajmniej z jednego kwarku dziwnego s nazywane są hiperonami.

Proton

Proton jest trwałą cząstką subatomową o ładunku +1 oraz masie spoczynkowej równej w przybliżeniu 1 u. Jest on jednym z podstawowych składników materii i głównym w pierwotnym promieniowaniu kosmicznym. Ich liczba w jądrze danego atomu równa jest jego liczbie atomowej, która to z kolei stanowi podstawę uporządkowania atomów w układzie okresowym pierwiastków. Według modelu standardowego proton to cząstka złożona, zaliczana do hadronów, których podgrupą są omawiane bariony. Zgodnie z tym zbudowany jest z trzech kwarków dwóch górnych „u” oraz jednego dolnego „d”. Są one związane silnym oddziaływaniem przenoszonym przez gluony. Przed przyjęciem modelu standardowego proton zaliczano do cząstek elementarnych.

Eugen Goldstein dokonał obserwacji promieniowania anodowego i odkrył, że składa się ono z dodatnio naładowanych jonów. Odnotował również, że stosunek ładunku do masy tych jonów jest zależny od natury gazu. Było to możliwe dzięki odkryciu zależności dla promieniowania katodowego, które składa się z elektronów i w jego wypadku stosunek ten zawsze był taki sam. W 1898 roku Wilhellm Wien wygłosił tezę, że najwyższy stosunek był obserwowany, kiedy wodór wypełniał rurę katodową.

Neutron

Neutron jest cząstką subatomową, która występuje w jądrach atomowych i jest elektrycznie obojętna. Podobnie do protonu jest on jednym z podstawowych składników materii. Według modelu standardowego neutron jest cząstką złożoną i składa się dwóch kwarków dolnych „d” oraz jednego górnego „u”, które są ze sobą związane silnym oddziaływaniem. Neutrony będące częścią jąder atomowych są zwykle stabilne, a swobodne neutrony występujące poza nim są niestabilne i rozpadają się za pośrednictwem oddziaływań słabych. Średni czas życia takiego neutronu wynosi 885,7 sekundy.

Został on odkryty przez angielskiego fizyka Jamesa Chadwicka w 1932 roku, za co otrzymał on Nagrodę Nobla w dziedzinie Fizyki w 1935 roku. Źródłem jego sukcesu był badania z 1930 roku prowadzone przez Walthera Bothe oraz Herberta Beckera, którzy badali oddziaływanie cząstek alfa z lekkimi atomami. Bombardując beryl cząstkami alfa, zauważyli oni, iż emituje on promieniowanie berylowe, przenikliwe. Zdolne jest ono do przejścia nawet przez dwudziestocentymetrową ścianę wykonaną z ołowiu. Chadwick wykonał podobne doświadczenie, ale dodatkowo umieścił w pewnej odległości od tarczy wosk parafinowy. Kiedy promieniowanie berylowe trafiało na wosk, wybijało z niego protony, a Energia zawarta w promieniach Roentgena była wystarczająca do uwolnienia elektronów z atomów parafiny, ale nie mogła doprowadzić do wybicia protonów. Chadwick stwierdził wtedy, że ich wybicie musiało być spowodowane poprzez promieniowanie cząstek obojętnych, mających masę zbliżoną do masy protonu, które to nazwał neutronami.