Мезон

План:

1 Передбачення і виявлення
2 Номенклатура мезонів
- 2.1 Мезони без аромату
- 2.2 Мезони з ароматом
3 Таблиця деяких мезонів
4 Див також

Введення

Мезон (від др.-греч. μέσος - Середній) - бозон сильної взаємодії. В Стандартної моделі, мезони - це складові (не- елементарні) частки, що складаються з парного числа кварків і антикварков. До мезонами відносяться півонії (π-мезони), каона (K-мезони) і багато інших більш важкі мезони. Спочатку мезони були передбачені як частинки, що переносять сили, які пов'язують протони і нейтрони.

Велика частина маси мезона відбувається з енергії зв'язку, а не із суми мас складових його частинок.
Всі мезони нестабільні.

Передбачення і виявлення

В 1935 японський фізик Х. Юкава побудував першу кількісну теорію взаємодії нуклонів, що відбувається за допомогою обміну новими частинками, які зараз відомі як пі-мезони (або півонії). Згодом за цю свою роботу Х. Юкава був нагороджений Нобелівською премією з фізики.

Спочатку термін "мезон" мав сенс "середній по масі", тому першим в розряд мезонів потрапив (через його підходящої маси) виявлений в кінці 1930-х мюон, який назвали μ-мезоном. Однак наприкінці 1940-х було встановлено, що мюон не схильний сильному взаємодії і належить, як і електрон, до класу лептонів (тому й назва μ-мезон є неправильним).

Півонія був першим експериментально відкритим (1947) справжнім мезоном.

До відкриття ^{[ як? ]} тетракварков вважалося, що всі відомі мезони складаються з пари кварк -антикварк (т. зв. валентних кварків) і з "моря" віртуальних кварк-антікваркових пар і віртуальних глюонів. Валентні кварки можуть існувати у вигляді суперпозиції станів з різним ароматом; наприклад нейтральний півонія не є ні парою $u \ bar {u}$ , Ні парою $d \ bar {d}$ кварків, а являє собою суперпозицію обох.

Псевдоскалярний мезони (спін = 0) мають мінімальну енергію спокою, так як в них кварк і антикварк мають антипаралельних спини, після них йдуть векторні мезони (спін = 1) в яких спини кварків паралельні. Обидва типи зустрічаються в більш високих енергетичних станах, в яких спін складається з орбітальним ( кутовим) моментом (сьогоднішня картина внутрішньоядерних сил досить складна, для детального ознайомлення з роллю мезонів см. Сучасний стан теорії сильних взаємодій).

Номенклатура мезонів

Ім'я мезона утворюється так, щоб воно визначало його основні властивості. Відповідно, за заданими властивостями мезона можна однозначно визначити його найменування. Способи іменування поділяються на дві категорії, в залежності від того, має мезон "аромат" чи ні.

Мезони без аромату

Мезони без аромату - це такі мезони, всі квантові числа ароматів яких дорівнюють нулю. Це означає, що ці мезони є станами кварконія (пар кварк-антикварк однакового аромату) або лінійними комбінаціями таких станів.

Ім'я мезона визначається його сумарним спіном S і сумарним орбітальним кутовим моментом L . Так як мезон складається з двох кварків з s = 1/2 , Сумарний спін може бути тільки S = 1 (Паралельні спини) або S = 0 (Антипаралельних спини). Орбітальний квантове число L з'являється за рахунок обертання одного кварка навколо іншого. Зазвичай більший орбітальний момент виявляється у вигляді більшої маси мезона. Ці два квантових числа визначають парність P і зарядово-сполучену парність C мезона:

P = (-1) ^L ⁺¹

C = (-1) ^{L + S}

Також L і S складаються в повний момент J , Який може приймати значення від | L - S | До L + S з кроком одиниця. Можливі комбінації описуються за допомогою символу терма ² ^S ⁺¹ L _J (Замість числового значення L використовується літерний код, см. спектроскопічні символи) і символу J ^PC (Для позначення використовується тільки знак P і C )

Можливі комбінації і відповідні позначення мезонів дані в таблиці:

	J ^PC =	(0, 2 ...) ^{- +}	(1, 3 ...) ^{+ -}	(1,2 ^{...) -}	(0, 1 ...) ^{+ +}
Кваркової склад	^{2 S +1} L _J = ^*	¹ ( S , D , ...) _J	¹ ( P , F , ...) _J	³ ( S , D , ...) _J	³ ( P , F , ...) _J
$u \ bar d \ mbox {,} u \ bar u - d \ bar d \ mbox {,} d \ bar u$	I = 1	π	b	ρ	a
$u \ bar u + d \ bar d \ mbox {,} s \ bar s$	I = 0	η, η '	h, h '	φ, ω	f, f '
$c \ bar c$	I = 0	η _c	h _c	ψ	χ _c
$b \ bar b$	I = 0	η _b	h _b	Υ ^**	χ _b

Примітки:

^{* Деякі комбінації заборонені: 0 -, 0 + -, 1 - +, 2 + -, 3 - + ...}

Перший ряд утворює ізоспіновие триплети: π ^- , π ⁰ , π ⁺ і т. д.

Другий ряд містить пари частинок: φ передбачається станом $s \ bar s$ , А ω - Станом $u \ bar u + d \ bar d.$ В інших випадках точний склад невідомий, так що використовується штрих для розрізнення двох форм.

За історичними причинами, 1 S ₁ форма ψ називається J / ψ .

^** Символом стану боттоніум є заголовний іпсилон Υ (В залежності від браузера може відображатися як заголовна Y).

Нормальні спін-парні послідовності формуються мезонами, у яких P = (-1) ^J . У нормальній послідовності S = 1 , Так що PC = +1 (Тобто P = C ). Це відповідає деяким тріплетним станів (вказані в двох останніх стовпчиках).

Оскільки деякі з символів можуть вказувати на більш ніж одну частку, є додаткові правила:

У цій схемі, частинки з J ^P = 0 ^- відомі як псевдоскаляром, а мезони з J ^P = 1 ^- називаються векторами. Для інших частинок число J додається у вигляді нижнього індексу: a ₀ , a ₁ , χ _{c 1} і т. д.
Для більшості ψ , Υ і χ станів зазвичай додають до позначення спектроскопічні інформацію: Υ (1 S) , Υ (2 S) . Перше число - це головне квантове число, а буква є спектроскопическим позначенням L . Мультиплетність опускається, так як вона випливає з букви, до того ж J при необхідності пишуть у вигляді нижнього індексу: χ _{b 2} (1 P) . Якщо спектроскопічна інформація недоступна, то замість неї використовується маса: Υ (9460)
Схема позначень не розрізняє між "чистими" кваркових станами і станами глюонів. Тому глюоніевие стану використовують таку ж схему позначень.
Для екзотичних мезонів з "заборонених" набором квантових чисел J ^PC = 0 ^- , 0 ^{+ -} , 1 ^{- +} , 2 ^{+ -} , 3 ^{- +,}... використовують ті ж позначення, що і для мезонів з ідентичними числами J ^P , За винятком добавки нижнього індексу J . Мезони з ізоспіном 0 і J ^PC = 1 ^{- +} позначаються як ω _1. Коли квантові числа частки невідомі, вона позначається як X із зазначенням маси в дужках.

Мезони з ароматом

Для мезонів з ароматом схема назв трохи простіше.

1. Ім'я дає мезони найважчий з двох кварків. Порядок від важкого до легкого наступний: t> b> c> s> d> u . Однак у u - І d -Кварків аромату немає, внаслідок цього вони не впливають на назву. Кварк t ніколи не зустрічається в адрони, але символ для мезонів, що містять t , Зарезервований.

кварк	символ	кварк	символ
c	D	t	T
s	$\ Bar K$	b	$\ Bar B$

Слід відзначити той факт, що з s - І b -Кварками використовується символ античастинки. Це відбувається через прийнятого угоди про те, що заряд аромату і електричний заряд повинні мати однаковий знак. Це ж вірно і для трет'іх компоненти ізоспіна : кварк u має позитивну проекцію ізоспіна I ₃ і заряд, а кварк d має негативні I ₃ і заряд. В результаті будь-який аромат зарядженого мезона має той же знак, що і його електричний заряд.

2. Якщо другий кварк теж має аромат (будь-який, крім u і d ), То його наявність позначається у вигляді нижнього індексу ( s , c або b і, теоретично, t ).

3. Якщо мезон належить нормальної спін-парному послідовності, тобто J ^P = 0 ⁺ , 1 ^-, 2 ^+,..., то додається верхній індекс "*".

4. Для мезонів, за винятком псевдоскаляром (0 ^-) і векторів (1 ^-), додається у вигляді нижнього індексу квантове число повного кутового моменту J .

Підводячи підсумок, отримаємо:

кваркової склад	Ізоспін	J ^P = 0 ^-, 1 ^+, 2 ^-...	J ^P = 0 ^+, 1 ^-, 2 ⁺...
$\ Bar su, \ \ bar sd$	1/2	K _J
$c \ bar u, \ c \ bar d$	1/2	D _J
$c \ bar s$	0	D _{s J}	$D ^ * _ {sJ}$
$\ Bar bu, \ \ bar bd$	1/2	B _J
$\ Bar bs$	0	B _{s J}	$B ^ * _ {sJ}$
$\ Bar bc$	0	B _{c J}	$B ^ * _ {cJ}$

J опущений для 0 ^- and 1 ^-.

Іноді частинки можуть змішуватися. Наприклад нейтральний каона $K ^ 0 \, (\ bar sd)$ і його античастинка $\ Bar K ^ 0 \, (s \ bar d)$ можуть входити в симетричну або антисиметричною комбінацію, приводячи до двох частинок - короткоживучими і довгоживучими нейтральним каона $K ^ 0_S = \ begin {matrix} {\ sqrt 2 \ over 2} \ end {matrix} (K ^ 0 - \ bar K ^ 0), \; K ^ 0_L = \ begin {matrix} {\ sqrt 2 \ over 2} \ end {matrix} (K ^ 0 + \ bar K ^ 0)$ .

Таблиця деяких мезонів

Різні типи мезонів (не повністю)
Частка	Позначення	Анти- частка	Склад	Маса М еВ / c	S	C	B	час життя з
Півонія	π ⁺	π ^-	$\ Mathrm {u \ bar {d}}$	139,6	0	0	0	2,60 10 ^-8
Півонія	π ⁰	←	$\ Mathrm {\ frac {u \ bar {u} - d \ bar {d}} {\ sqrt {2}}}$	135,0	0	0	0	0,84 10 ^-16
Каона	K ⁺	K ^-	$\ Mathrm {u \ bar {s}}$	493,7	+1	0	0	1,24 10 ^-8
	$\ Mathrm {K_S ^ 0}$	$\ Mathrm {K_S ^ 0}$	$\ Mathrm {\ frac {d \ bar {s} - s \ bar {d}} {\ sqrt {2}}}$	497,7	+1	0	0	0,89 10 ^-10
	$\ Mathrm {K_L ^ 0}$	$\ Mathrm {K_L ^ 0}$	$\ Mathrm {\ frac {d \ bar {s} + s \ bar {d}} {\ sqrt {2}}}$	497,7	+1	0	0	5,2 10 ^-8
Ця	η ⁰	←	$\ Mathrm {\ frac {u \ bar {u} + d \ bar {d} - 2s \ bar {s}} {\ sqrt {6}}}$	547,8	0	0	0	0,5 10 ^-18
Ро	ρ ⁺	ρ ^-	$\ Mathrm {u \ bar {d}}$	776	0	0	0	0,4 10 ^-23
Фі	φ	←	$\ Mathrm {s \ bar {s}}$	1019	0	0	0	16 10 ^-23
D	D ⁺	D ^-	$\ Mathrm {c \ bar {d}}$	1869	0	+1	0	10,6 10 ^-13
	D ⁰	$\ Mathrm {\ bar {D ^ 0}}$	$\ Mathrm {c \ bar {u}}$	1865	0	+1	0	4,1 10 ^-13
	$\ Mathrm {D_S ^ +}$	$\ Mathrm {D_S ^ -}$	$\ Mathrm {c \ bar {s}}$	1968	+1	+1	0	4,9 10 ^-13
J / ψ	J / ψ	←	$\ Mathrm {c \ bar {c}}$	3096,9	0	0	0	7,2 10 ^-21
B	B ^-	B ⁺	$\ Mathrm {b \ bar {u}}$	5279	0	0	-1	1,7 10 ^-12
B	B ⁰	$\ Mathrm {\ bar {B ^ 0}}$	$\ Mathrm {d \ bar {b}}$	5279	0	0	-1	1,5 10 ^-12
Іпсилон	Υ	←	$\ Mathrm {b \ bar {b}}$	9460	0	0	0	1,3 10 ^-20