Meson

Iz Wikipedije, proste enciklopedije
Pojdi na navigacijo Pojdi v iskanje

Meson (iz starogrščine μέσος 'povprečje') - hadron [1] , ki ima nič barionskega števila . V standardnem modelu so mezoni sestavljeni osnovni delci, sestavljeni iz enakega števila kvarkov in antikvarkov . Mezonov vključujejo pion -mesons), kaons (K-mezonov) in drugih, težje mezonov.

МезонМезонБарионНуклонКваркЛептонЭлектронАдронАтомМолекулаФотонW- и Z-бозоныГлюонГравитонЭлектромагнитное взаимодействиеСлабое взаимодействиеСильное взаимодействиеГравитацияКвантовая электродинамикаКвантовая хромодинамикаКвантовая гравитацияЭлектрослабое взаимодействиеТеория великого объединенияТеория всегоЭлементарная частицаВеществоБозон Хиггса
Kratek pregled različnih družin osnovnih in sestavljenih delcev ter teorije, ki opisujejo njihovo medsebojno delovanje . Elementarni delci na levi so fermioni , na desni so bozoni . ( Pogoji - hiperpovezave do člankov podpredsednika )

Mezoni so bili prvotno napovedani kot delci, ki prenašajo močne interakcije in so odgovorni za omejevanje protonov in nevtronov v atomskih jedrih.

Vsi mezoni so nestabilni. Zaradi prisotnosti vezavne energije je masa mezona večkrat večja od vsote mas njegovih sestavnih kvarkov.

Napovedovanje in odkrivanje

Leta 1934 je japonski fizik H. Yukawa zgradil prvo kvantitativno teorijo interakcije nukleonov , ki se pojavi z izmenjavo delcev, ki še niso bili odkriti, ki so danes znani kot pioni (ali pi-mezoni ). Nato je H. Yukawa leta 1949 prejel Nobelovo nagrado za fiziko za napoved obstoja mezonov na podlagi teoretičnega dela o jedrskih silah [2] [3] .

Sprva je izraz "mezon" imel pomen "povprečje po masi", zato je leta 1936 odkrit muon , ki so ga imenovali μ mezon, prvi vstopil v kategorijo mezonov (zaradi primerne mase). Sprva so ga zamenjali z Yukawinim mezonom; vendar so v štiridesetih letih ugotovili, da muon ni podvržen močnim interakcijam in spada, tako kot elektron , v razred leptonov (zato je tudi ime μ-mezon napačno, zato se ga strokovnjaki običajno izogibajo). Izkazalo se je, da je bil prvi pravi mezon leta 1947 odkrit pion , ki je v skladu s teorijo Yukawe res nosilec jedrskih interakcij (to vlogo igra na razdaljah reda Comptonove valovne dolžine piona, kar je približno 1,46 10-15 m, medtem ko na manjših razdaljah k jedrskim interakcijam pomembno prispevajo težji mezoni: ρ -, φ -, ω -mezoni itd.) [2][4] .

Pred odprtjem so Tetraquarksi verjeli, da so vsi znani mezoni sestavljeni iz para kvarkov -antikvark (t. N. valenčni kvark) in "morskih" virtualnih parov kvark -antikvark in virtualnih gluonov . V tem primeru lahko valenčni kvarki obstajajo ne le v "čisti" obliki, ampak tudi v obliki superpozicije stanj z različnimi okusi ; na primer nevtralni potonik ni par , ne par kvarkov in je superpozicija obeh: [5] .

Odvisno od kombinacije vrednosti skupnega kotnega momenta J in parnosti P (označeno z J P ) obstajajo psevdoskalarni [en] ( 0 - ), vektorski ( 1 - ), skalarni [en] ( 0 + ), pseudovector [sl] ( 1 + ) in drugi mezoni[6] . Psevdoskalarni mezoni imajo najmanjšo energijo počitka , saj imata pri njih kvark in antikvark protiparalelna vrtenja ; sledijo težji vektorski mezoni, v katerih so kvarkovi spini vzporedni. Iste in druge vrste mezonov najdemo v višjih energetskih stanjih, v katerih se orbitalnemu kotnemu momentu doda spin (trenutna slika intranuklearnih sil je precej zapletena, za podrobnejše spoznavanje vloge mezonov glej Trenutno stanje teorija močnih interakcij ).

Od leta 2003 so v revijah za fiziko poročali o odkritju delcev, ki veljajo za "kandidate" za tetrakvarke. Narava enega od njih, mezonske resonance Z (4430) , ki je bila prvič odkrita s sodelovanjem Belle leta 2007 [7] , je bila leta 2014 zanesljivo potrjena v poskusih sodelovanja LHCb [8] . Ugotovljeno je bilo, da ima ta resonanca kvarkovo sestavo in spada v vrsto psevdovektorskih mezonov [9] .

Mezonova nomenklatura [10]

Ime mezona je oblikovano tako, da opredeljuje njegove osnovne lastnosti. V skladu s tem je glede na lastnosti mezona mogoče nedvoumno določiti njegovo ime. Konvencije o poimenovanju spadajo v dve kategoriji, odvisno od tega, ali ima mezon "okus" ali ne.

Mezoni brez okusa

Mezoni brez okusa so tisti mezoni, katerih kvantno število okusa je enako nič. To pomeni, da so ti mezoni stanja kvarkonija (pari kvark-antikvark iste arome) ali linearne kombinacije takih stanj.

Ime mezona je določeno s celotnim spinom S in celotnim orbitalnim kotnim momentom L. Ker je mezon sestavljen iz dveh kvarkov s s = 1/2 , je lahko skupni spin le S = 1 (vzporedni vrtljaji) ali S = 0 (antiparalelni vrtljaji). Orbitalno kvantno število L se pojavi zaradi vrtenja enega kvarka okoli drugega. Običajno se večji orbitalni impulz kaže kot večja masa mezona. Ti dve kvantni številki določata pariteto P in (za nevtralne mezone) pariteto konjugiranega naboja C mezona:

P = (−1) L +1
C = (−1) L + S

Tudi L in S seštejeta skupni kotni moment J , ki lahko sprejme vrednosti iz | L - S | do L + S v enem koraku. Možne kombinacije so opisane s simbolom ( izraz ) 2 S +1 L J (namesto številčne vrednosti L se uporablja abecedna koda, glej spektroskopske simbole ) in simbol J PC (za označbo se uporabljata samo znaka P in C ).

Možne kombinacije in ustrezne oznake mezonov so navedene v tabeli:

J PC = (0, 2 ...) - + (1, 3 ...) + - (1,2 ...) - - (0, 1 ...) + +
Sestava kvarkov 2 S +1 L J = * 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 ' φ, ω f , f '
I = 0 η c h c ψ χ c
I = 0 η b h b Υ ** χ b

Opombe:

* Nekatere kombinacije so prepovedane: 0 - - , 0 + - , 1 - + , 2 + - , 3 - + ...
Prva vrstica tvori trojke izospina: π - , π 0 , π + itd.
Druga vrstica vsebuje pare delcev: predpostavlja se, da je φ stanje , ω pa stanje V drugih primerih natančna sestava ni znana, zato se za razlikovanje med oblikama uporablja poteza.
Iz zgodovinskih razlogov se oblika 1³ S 1 ψ imenuje J / ψ .
** Simbol stanja bottonija je velika črka navzgor Υ (lahko je prikazana kot velika črka Y, odvisno od brskalnika).

Normalna zaporedja z enakomernimi spini tvorijo mezoni s P = (−1) J. V normalnem zaporedju je S = 1 , zato je PC = +1 (to je P = C ). To ustreza nekaterim tripletnim stanjem (navedenim v zadnjih dveh stolpcih).

Ker lahko nekateri simboli kažejo na več delcev, obstajajo dodatna pravila:

  • V tem sistemu, so delci z J p = 0 znan kot psevdoskalar in mezoni z J P = 1 imenujemo vektorje. Za preostale delce se kot dodatek doda število J : a 0 , a 1 , χ c 1 itd.
  • Za večino stanj ψ , Υ in χ se zapisu običajno dodajo spektroskopske informacije: Υ (1 S ) , Υ (2 S ) . Prva številka je glavno kvantno število, črka pa spektroskopska oznaka L. Množica je izpuščena, saj iz črke izhaja, poleg tega je J, če je potrebno, zapisan v obliki podpisa : χ b 2 (1 P ) . Če spektroskopski podatki niso na voljo, se namesto tega uporabi masa: Υ (9460)
  • Shema zapisovanja ne razlikuje med "čistimi" kvarkovimi stanji in stanji gluonija . Zato gluonijeva stanja uporabljajo isti zapis.
  • Za eksotične mezone z "prepovedanim" nizom kvantnih števil J PC = 0 - - , 0 + - , 1 - + , 2 + - , 3 - + , ... uporabite isti zapis kot za mezone z enakimi številkami osebnih računalnikov , z izjemo dodatkov podnapisov J. Mezoni z izospinom 0 in J PC = 1 - + so označeni kot η 1 . Kadar kvantno število delca ni znano, se označi kot X z maso v oklepaju.

Mezoni z okusom

Za mezone z okusom je shema poimenovanja nekoliko enostavnejša.

1. Ime mezonu daje najtežji od obeh kvarkov. Vrstni red od težkega do lahkega je t > b > c > s > d > u . Vendar u - in d -kvarki nimajo arome , zaradi česar ne vplivajo na ime. Kvark t se nikoli ne pojavi v hadronih, vendar je simbol za mezone, ki vsebujejo t , rezerviran.

kvark simbol kvark simbol
c D t T
s b
Treba je opozoriti, da se simbol proti delcem uporablja s kvarkoma s in b . To je posledica sprejetega dogovora, da morata biti naboj arome in električni naboj enaka. Enako velja za tretjo komponento izospina : u -kvark ima pozitivno izospinovo projekcijo I 3 in naboj, d -kvark pa negativno I 3 in naboj. Posledično ima vsak okus napolnjenega mezona enak znak kot njegov električni naboj.

2. Če ima tudi drugi kvark aromo (katero koli, razen u in d ), je njegova prisotnost označena kot podpis ( s , c ali b in teoretično t ).

3. Če mezon pripada normalnemu zaporedju enakomernega vrtenja, to je J P = 0 + , 1 - , 2 + , ..., se doda nadnapis "*".

4. Za mezone, razen psevdoskalarjev (0 - ) in vektorjev (1 - ), se kvantno število skupnega kotnega momenta J doda kot podpis.

Če povzamemo, dobimo:

Sestava kvarkov Isospin J P = 0 - , 1 + , 2 - ... J P = 0 + , 1 - , 2 + ...
1/2
1/2
0
1/2
0
0
J izpuščen za 0 - in 1 - .

Včasih se lahko delci mešajo. Na primer nevtralni kaon in njen antidelec v šibkih interakcijah , kot sta pokazala M. Gell-Mann in A. Pais leta 1955, se obnašata kot simetrična ali antisimetrična kombinacija, od katerih ima vsaka svoj delec: kratkoživi nevtralni kaon z PC = +1 , ki običajno razpade na dva piona ( π 0 π 0 ali π + π - ), in dolgoživi nevtralni kaon s PC = -1 , običajno razpade bodisi na tri pione bodisi na pion, elektron (ali muon) in nevtrino [11] .

Tabela nekaterih mezonov

Različne vrste mezonov (ne popolnoma)
Delci Označba Antidelec Sestava Masa , M eV / S ² S C B vse življenje , s
Pion π + π - 139,6 0 0 0 2,60⋅10 −8
π 0 135,0 0 0 0 0,84⋅10 −16
Kaon K + K - 493,7 +1 0 0 1,24⋅10 −8
497.7 +1 0 0 0,89⋅10 −10
497.7 +1 0 0 5,2⋅10 −8
To η 0 547.8 0 0 0 0,5⋅10 −18
Ro ρ + ρ - 776 0 0 0 0,4⋅10 −23
Fi φ 1019 0 0 0 16⋅10 −23
D D + D - 1869 0 +1 0 10,6⋅10 −13
D 0 1865 0 +1 0 4.1⋅10 −13
1968 +1 +1 0 4,9⋅10 −13
J / ψ J / ψ 3096,9 0 0 0 7,2⋅10 −21
B B - B + 5279 0 0 −1 1,7⋅10 −12
B 0 5279 0 0 −1 1,5⋅10 −12
Upsilon Υ 9460 0 0 0 1,3⋅10 −20

Poglej tudi

Opombe (uredi)

  1. Razvrstitev hadronov Uvodne besede
  2. 1 2 Nambu, Yoichiro. ... Kvarki. - M .: Mir , 1984.- 225 str. -S. 53-54, 60-63.
  3. Nobelova nagrada za fiziko 1949: Hideki Yukawa . // Uradna spletna stran Nobelove nagrade. Datum zdravljenja: 23. april 2020.
  4. Boyarkin, 2006 , str. 57-58.
  5. ^ Greiner W., Müller B .. Kvantna mehanika: Simetrije. 2. izdaja . - Berlin: Springer Science & Business Media , 1994.- xviii + 526 str. -ISBN 3-540-58080-8 . - str. 271.
  6. Boyarkin, 2006 , str. 70, 94-95.
  7. Choi S.-K. et al. ... Opazovanje resonančne strukture v porazdelitvi mase π ± ψ ′ v ekskluzivnih razpadih BK π ± ψ ′ // Physical Review Letters , 2008, 100 . -str. 142001-1-142001-10. - doi : 10.1103 / PhysRevLett.100.142001 .
  8. Aaij R. et al. ... Opazovanje resonančnega znaka Z (4430) - stanje // Physical Review Letters , 2014, 112 . -str. 222002-1-2222002-9. - doi : 10.1103 / PhysRevLett.112.222002 .
  9. Ivanov, Igor. Novice iz velikega hadronskega trkalnika. Poskus z LHCb je končno dokazal resničnost eksotičnega mezona Z (4430) . // Spletna stran elementy.ru (15.04.2014). Datum zdravljenja: 23. april 2020.
  10. Shema poimenovanja za hadrone (angleščina) ... Skupina podatkov o delcih (24.02.2021).
  11. Kaon Physics / Ed. avtorja JL Rosner in BD Winstein. - Chicago: University of Chicago Press, 2001.- xv + 624 str. -ISBN 0-226-90228-5 . - str. 3-4, 15.

Literatura

Povezave