Мезон
Мезон (от греч. μέσος — средний) — это сильно взаимодействующий бозон, или же, что то же самое, адрон с целым спином. В стандартной модели, мезоны — это составные (не-элементарные) частицы, состоящие из четного числа кварков и антикварков. До открытия тетракварков считалось, что все известные мезоны состоят из пары кварк-антикварк — т. н. валентных кварков — и из «моря» виртуальных кварк-антикварковых пар и виртуальных глюонов. Валентные кварки могут существовать в виде суперпозиции состояний с разным ароматом; например нейтральный пион не является ни парой u, ни парой d кварков, а представляет собой суперпозицию обоих. Псевдоскалярные мезоны (спин=0) имеют минимальную энергию покоя, так как в них кварк и антикварк имеют антипараллельные спины, после них идут векторные мезоны (спин=1) в которых спины кварков параллельны. Оба типа встречаются в более высоких энергетических состояниях, в которых спин складывается с орбитальным (угловым) моментом. Большая часть массы мезона происходит из энергии связи, а не из суммы масс составляющих его частиц. Все мезоны нестабильны.
Первоначально мезоны были предсказаны как частицы, переносящие силы, которые связывают протоны и нейтроны. Первым обнаруженным мезоном был мюон, который был причислен к мезонам из-за его подходящей массы и который был назван «мю-мезон». Однако впоследствии обнаружилось, что он не подвержен сильному взаимодействию и является лептоном. Пион был первым экспериментально открытым настоящим мезоном. (Сегодняшняя картина внутриядерных сил довольно сложна, для детального ознакомления с ролью мезонов см. современное состояние теории сильных взаимодействий.)
Х. Юкава был награжден нобелевской премией по физике за предсказание существования мезонов.
Номенклатура мезонов[править | править код]
Имя мезона образуется так, чтобы оно определяло его основные свойства. Соответственно, по заданным свойствам мезона можно однозначно определить его наименование. Способы именования разделяются на две категории, в зависимости от того, имеет мезон аромат или нет.
Мезоны без аромата[править | править код]
Мезоны без аромата это такие мезоны, чьи все квантовые числа ароматов равны нулю. Это означает, что эти мезоны являются состояниями кваркония (пар кварк-антикварк одинакового аромата) или линейными комбинациями таких состояний.
Имя мезона определяется его суммарным спином S и суммарным орбитальным угловым моментом L. Так как мезон составлен из двух кварков с s = 1/2, суммарный спин может быть только S = 1 (параллельные спины) или S = 0 (антипараллельные спины). Орбитальное квантовое число L появляется за счет вращения одного кварка вокруг другого. Обычно больший орбитальный момент проявляется в виде большей массы мезона. Эти два квантовых числа определяют четность P и зарядово-сопряженную четность C мезона:
- P = (−1)L+1
- C = (−1)L+S
Также L и S складываются в полный момент J, который может принимать значения от |L−S| до L+S с шагом единица. Возможные комбинации описываются при помощи символа терма 2S+1LJ (вместо числового значения L используется буквенный код, см. спектроскопические символы) и символа JPC (для обозначения используется только знак P и C)
Возможные комбинации и соответствующие обоначения мезонов даны в таблице:
JPC = |
(0, 2…)− + |
(1, 3…)+ − |
(1,2…)− − |
(0, 1…)+ + |
|
---|---|---|---|---|---|
Кварковый состав |
2S+1LJ = * |
1(S, D…)J |
1(P, F…)J |
3(S, D…)J |
3(P, F…)J |
I = 1 |
π |
b |
ρ |
a |
|
I = 0 |
η, η’ |
h, h’ |
, ω |
f, f’ |
|
I = 0 |
ηc |
hc |
ψ • |
χc |
|
I = 0 |
ηb |
hb |
Υ ** |
χb |
Примечания:
- * Некоторые комбинации запрещены: 0− −, 0+ −, 1− +, 2+ −, 3− +…
- † Первый ряд образует изоспиновые триплеты: π−, π0, π+ etc.
- ‡ Второй ряд содержит пары частиц: φ предполагается состоянием , и ω — состоянием . В других случаях точный состав неизвестен, так что используется штрих для различения двух форм.
- • По историческим причинам, 13S1 форма ψ называется J/ψ
- ** Символом состояния боттониум является заглавная upsilon (в зависимости от броузера может отображаться как заглавная Y)
Нормальные спин-четные последовательности формируются мезонами у которых P=(−1)J. В нормальной последовательности S = 1 так что PC = +1 (то есть, P = C). Это соответствует некоторым триплетным состояниям (указаны в двух последних столбцах).
Поскольку некоторые из символов могут указывать на более чем одну частицу, есть дополнительные правила:
- В этой схеме, частицы с JP = 0− известны как псевдоскаляры, а мезоны с JP = 1− называются векторами. Для остальных частиц число J добавляется в виде нижнего индекса: a0, a1, χc1, и т. д.
- Для большинства из ψ, Υ и χ состояний обычно добавляют спектроскопическую информацию: Υ(1S), Υ(2S). Первое число — это главное квантовое число, а буква является спектроскопическим обозначением L. Мультиплетность опускается, так как она следует из буквы, к тому же J при необходимости пишут в виде нижнего индекса: χb2(1P). Если спектроскопическая информация недоступна, то вместо нее используется масса: Υ(9460)
- Схема обозначений не различает между «чистыми» кварковыми состояниями и состояниями глюония. Поэтому глюониевые состояния используют такую же схему обозначений.
- Экзотические мезоны с «запрещенным» набором квантовых чисел JPC = 0− −, 0+ −, 1− +, 2+ −, 3− +… используют те же обозначения что и мезоны с идентичными числами JP, за исключением добавки нижнего индекса J. Мезоны с изоспином 0 и JPC = 1− + обозначаются как ω1. Когда квантовые числа частицы неизвестны, она обозначается как X с указанием массы в скобках.
Мезоны с ароматом[править | править код]
Для мезонов с ароматом схема названий немного проще.
1. Имя дает мезону тяжелейший из двух кварков. Порядок от тяжелого к легкому следующий: t > b > c > s > d > u. Однако у u и d кварков аромата нет, вследствие этого они не влияют на название. Кварк t никогда не встречается в адронах, но символ для мезонов, содержащих t зарезервирован.
кварк | символ | кварк | символ |
---|---|---|---|
c | D | t | T |
s | b |
- Следует отметить тот факт, что с s и b кварками используется символ античастицы. Это происходит из-за принятого соглашения о том, что заряд аромата и электрический заряд должны иметь одинаковый знак. Это же верно и для третъей компоненты изоспина: кварк u имеет положительные I3 и заряд, а кварк d имеет отрицательные I3 и заряд. В результате любой аромат заряженного мезона имеет тот же знак что и его электрический заряд.
2. Если второй кварк тоже имеет аромат (любой кроме u и d) то его наличие обозначается в виде нижнего индекса (s, c или b и, теоретически, t).
3. Если мезон принадлежит нормальной спин-четной последовательности, то есть JP = 0+, 1−, 2+…, то добавляется верхний индекс «*»
4. Для мезонов, иных чем псевдоскаляры (0−) и векторы (1−) добавляется, в виде нижнего индекса квантовое число полного углового момента J
Подводя итог, получим:
кварковый состав | Изоспин | JP = 0−, 1+, 2−… | JP = 0+, 1−, 2+… |
---|---|---|---|
1/2 | † | ||
1/2 | |||
0 | |||
1/2 | |||
0 | |||
0 |
- † J опущен для 0− and 1−
Иногда частицы могут смешиваться. Например нейтральный каон и его античастица могут входить в симметричную или антисимметричную комбинацию, приводя к двум частицам — короткоживущему и долгоживущему нейтральным каонам .
Таблица некоторых мезонов[править | править код]
Частица | Обозначение | Анти- частица |
Состав | Масса покоя МэВ/c2 |
S | C | B | время жизни с |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Пион | π+ | π- | 139.6 | 0 | 0 | 0 | 2.60×10-8 | |
Пион | π0 | Self | 135.0 | 0 | 0 | 0 | 0.84×10-16 | |
Каон | K+ | K- | 493.7 | +1 | 0 | 0 | 1.24×10-8 | |
Каон | 497.7 | +1 | 0 | 0 | 0.89×10-10 | |||
Каон | 497.7 | +1 | 0 | 0 | 5.2×10-8 | |||
Эта | η0 | Self | 547.8 | 0 | 0 | 0 | 0.5×10-18 | |
Ро | ρ+ | ρ- | 776 | 0 | 0 | 0 | 0.4×10-23 | |
Фи | φ | Self | 1019 | 0 | 0 | 0 | 16×10-23 | |
D | D+ | D- | 1869 | 0 | +1 | 0 | 10.6×10-13 | |
D | D0 | 1865 | 0 | +1 | 0 | 4.1×10-13 | ||
D | 1968 | +1 | +1 | 0 | 4.9×10-13 | |||
J/Psi | J/ψ | Self | 3096.9 | 0 | 0 | 0 | 7.2×10-21 | |
B | B- | B+ | 5279 | 0 | 0 | −1 | 1.7×10-12 | |
B | B0 | 5279 | 0 | 0 | −1 | 1.5×10-12 | ||
Upsilon | Υ | Self | 9460 | 0 | 0 | 0 | 1.3×10-20 |
См. также[править | править код]
Ссылки[править | править код]
- Таблица мезонов и их свойств
- Информация о частицах от Группы по свойствам частиц http://pdg.lbl.gov
- hep-ph/0211411: Легкие скалярные мезоны согласно кварковой модели
- Номенклатура адронов (файл pdf)
Текущая версия статьи об элементарных частицах. Помогите Традиции, исправьте и дополните её. |