Mezon

A mezon ( más görög μέσος 'közép' szóból) egy hadron [1] , amelynek barionszáma nulla . A standard modellben a mezonok összetett elemi részecskék , amelyek azonos számú kvarkból és antikvarkból állnak . A mezonok közé tartoznak a pionok ( π - mezonok), a kaonok (K-mezonok) és más nehezebb mezonok.

Eredetileg azt jósolták, hogy a mezonok azok a részecskék, amelyek az erős erőt hordozzák , és felelősek a protonok és neutronok atommagokba zárásáért .

Minden mezon instabil. A kötési energia jelenléte miatt a mezon tömege sokszorosa az alkotó kvarkok tömegeinek összegének.

Előrejelzés és felfedezés

1934- ben H. Yukawa japán fizikus megalkotta az első kvantitatív elméletet a nukleonkölcsönhatásról , amely az akkor még fel nem fedezett részecskék cseréjén keresztül megy végbe, amelyeket ma pionoknak (vagy pionoknak ) neveznek. Ezt követően H. Yukawa 1949 - ben fizikai Nobel-díjat kapott a mezonok létezésének előrejelzéséért a nukleáris erőkkel kapcsolatos elméleti munkák alapján [2] [3] .

Kezdetben a "mezon" kifejezés "átlagos tömegű" jelentést jelentett, így elsőként (a megfelelő tömeg miatt) az 1936 -ban felfedezett müon került a mezonok kategóriájába , amelyet μ -mezonnak neveztek . Először összetévesztették Yukawa mezonjával; az 1940-es években azonban megállapították, hogy a müon nincs kitéve erős kölcsönhatásnak , és az elektronhoz hasonlóan a leptonok osztályába tartozik (ezért a müon elnevezés is téves elnevezés, ezért a szakemberek általában kerülik). Az első igazi mezon az 1947 -ben felfedezett pion volt, amely a Yukawa-elméletnek megfelelően valójában a nukleáris kölcsönhatások hordozója (ezt a szerepet a pion Compton-hullámhosszának nagyságrendjében tölti be , ami körülbelül 1,46 10 -15 m, míg kisebb távolságokon a magkölcsönhatásokhoz jelentős mértékben hozzájárulnak a nehezebb mezonok: ρ -, φ -, ω -mezonok stb.) [2] [4] .

A tetrakvarkok felfedezése előtt azt hitték, hogy minden ismert mezon egy kvark -antikvark párból (az úgynevezett vegyérték-kvarkokból ), valamint egy virtuális kvark-antikvark párok és virtuális gluonok "tengeréből" áll . Ebben az esetben a vegyértékkvarkok nemcsak "tiszta" formában létezhetnek, hanem különböző ízű állapotok szuperpozíciója formájában is ; például a semleges pion sem nem kvarkpár, sem nem kvarkpár, hanem mindkettő szuperpozíciója: [5] . $\mathrm {u{\bar {u))}$ $\mathrm {d{\bar {d))}$ $({\mathrm {u{\bar {u))} }-{\mathrm {d{\bar {d))} })\,/\,{\sqrt {2))$

A J teljes impulzusimpulzus és P paritás (jelezve : J P ), pszeudoszkaláris ( 0 - ), vektor ( 1 - ), skalár ( 0 + ), pszeudovektor ( 1 + ) és más mezonok [6] . A pszeudoszkaláris mezonok minimális nyugalmi energiával rendelkeznek , mivel a kvark és az antikvark antiparallel forgású ; őket követik a nehezebb vektormezonok, amelyekben a kvarkok spinjei párhuzamosak. Ezek és más típusú mezonok magasabb energiájú állapotokban fordulnak elő, amelyekben a spin összeadódik a pálya szögimpulzusával (az intranukleáris erők mai képe meglehetősen összetett, a mezonok szerepének részletes ismertetését lásd: State of the Art of Strong Interaction elmélet ).

2003 óta jelentek meg a fizikai folyóiratok olyan részecskék felfedezéséről, amelyeket a tetrakvarkok "jelöltjeiként" tartanak számon. Egyikük, a Z (4430) mezonrezonancia természetét , amelyet először a Belle-kollaboráció fedezett fel 2007-ben [7] , 2014-ben az LHCb együttműködés kísérletei megbízhatóan megerősítették [8] . Megállapítást nyert, hogy ez a rezonancia kvark összetételű , és a pszeudovektor mezonok típusába tartozik [9] . $\mathrm {c}$ $\mathrm {\bar {c}}$ $\mathrm {d}$ $\mathrm {\bar {u}}$

A mezonok nómenklatúrája [10]

A mezon nevét úgy alakítják ki, hogy az határozza meg alapvető tulajdonságait. Ennek megfelelően a mezon adott tulajdonságai alapján egyértelműen meghatározható a neve. Az elnevezési módszerek két kategóriába sorolhatók, attól függően, hogy a mezonnak van-e "íze" vagy sem.

Íztelen mezonok

Az íztelen mezonok olyan mezonok, amelyekben minden ízkvantumszám egyenlő nullával. Ez azt jelenti, hogy ezek a mezonok a kvarkónia állapotai (azonos ízű kvark-antikvark párok) vagy ilyen állapotok lineáris kombinációi.

A mezon nevét a teljes spinje és az L teljes orbitális impulzusmomentuma határozza meg . Mivel a mezon két kvarkból áll, amelyeknek s = 1/2 , a teljes spin csak S = 1 (párhuzamos spinek) vagy S = 0 (anti-párhuzamos spinek) lehet. Az L orbitális kvantumszám az egyik kvark másik körüli forgása miatt jelenik meg. Általában egy nagyobb orbitális momentum nagyobb mezontömeg formájában nyilvánul meg. Ez a két kvantumszám határozza meg a mezon P paritását és (semleges mezonoknál) a C töltéskonjugált paritást :

P = (−1) L +1 C = (-1) L + S

Ezenkívül L és S összeadja a J teljes szögmomentumot , amely értéket vehet fel | L − S | L + S - ig egyenkénti lépésekben. A lehetséges kombinációk leírása a( z ) 2 S +1 L J jellel (az L számérték helyett betűkódot használ , lásd spektroszkópiai szimbólumok ) és a J PC szimbólumot (csak a P és C jelet használjuk a jelölésre ).

A mezonok lehetséges kombinációit és megfelelő megnevezéseit a táblázat tartalmazza:

	J PC =	(0, 2…) − +	(1, 3…) + −	(1,2…) − −	(0, 1…) + +
Kvark összetétele	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	p	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	hc_ _	ψ •	χ c
$b{\bar b}$	I =0	ηb_ _	hb_ _	** _	χb _

Megjegyzések:

* Egyes kombinációk tiltottak: 0 - - , 0 + - , 1 - + , 2 + - , 3 - + ... † Az első sor izospin hármasokat alkot: π − , π 0 , π + stb. † A második sor részecskepárokat tartalmaz: φ az állapot , ω pedig az állapot , más esetekben a pontos összetétel nem ismert, ezért a két forma megkülönböztetésére prímszámot használnak.

s{\bar s}

u{\bar u}+d{\bar d}.

• Történelmi okokból a ψ 1³ S 1 alakzatot J /ψ -nek nevezzük . ** A boton állapotát jelző nagybetűs Υ (böngészőtől függően nagy Y betűvel jelenhet meg).

A normál spin-páros sorozatokat P = (−1) J mezonok alkotják . Normál sorrendben S = 1 , tehát PC = +1 (vagyis P = C ). Ez megfelel néhány triplet állapotnak (ezt az utolsó két oszlop jelzi).

Mivel egyes szimbólumok egynél több részecskére is utalhatnak, további szabályok is érvényesek:

Ebben a sémában a J P = 0 − részecskéket pszeudoszkalároknak , a J P = 1 − mezonokat pedig vektoroknak nevezzük . Más részecskéknél a J számot adjuk hozzá alsó indexként: a 0 , a 1 , χ c 1 stb.
A legtöbb ψ , Υ és χ állapot esetén a spektroszkópiai információkat általában hozzáadják a megjelöléshez: Υ(1 S ) , Υ(2 S ) . Az első szám a fő kvantumszám , a betű pedig az L spektroszkópiai jelölés . A többszörösséget kihagyjuk, mivel a betűből következik, emellett J -t szükség esetén alsó indexként írjuk: χ b 2 (1 P ) . Ha nem áll rendelkezésre spektroszkópiai információ, akkor helyette a tömeget kell használni: Υ (9460)
A jelölési séma nem tesz különbséget a "tiszta" kvark állapotok és a gluónium állapotok között . Ezért a gluónium állapotok ugyanazt a jelölést használják.
Az egzotikus mezonok „tiltott” kvantumszámkészletével J PC = 0 − − , 0 + − , 1 − + , 2 + − , 3 − + , … ugyanazt a jelölést használják, mint a PC azonos számú mezonoknál , kivéve a J alsó index adalékai . A 0 izospin és J PC = 1 − + mezonokat η 1 -ként jelöljük . Ha egy részecske kvantumszáma ismeretlen, akkor X -szel jelöljük, majd zárójelben a tömegét.

Íz mezonok

Az ízes mezonok esetében az elnevezési séma egy kicsit egyszerűbb.

1. A név a két kvark közül a legnehezebb mezont adja. A sorrend a nehéztől a könnyűig: t > b > c > s > d > u . Az u- és d -kvarkoknak azonban nincs ízük , így nem befolyásolják a nevet. A t kvark soha nem fordul elő a hadronokban, de a t- t tartalmazó mezonok szimbóluma fenntartva van.

kvark	szimbólum	kvark	szimbólum
c	D	t	T
s	${\ugat}$	b	${\bar B}$

Megjegyzendő, hogy az s - és b -kvarkoknál az antirészecske szimbólumot használják. Ez annak az elfogadott konvenciónak köszönhető, hogy az íz- és elektromos töltésnek azonos előjelűnek kell lennie. Ugyanez igaz az izospin harmadik komponensére is: az u kvarknak pozitív I 3 izospin vetülete és töltése van, a d kvarknak pedig negatív I 3 és töltése van. Ennek eredményeként a feltöltött mezon bármely íze ugyanolyan előjelű, mint az elektromos töltése.

2. Ha a második kvarknak is van íze (bármilyen íz az u és d kivételével ), akkor a jelenlétét alsó indexként jelzi ( s , c vagy b és elméletileg t ).

3. Ha a mezon a normál spin-páros sorozathoz tartozik, azaz J P = 0 + , 1 − , 2 + , …, akkor hozzáadódik a „*” felső index.

4. A mezonok esetében a pszeudoszkalárok (0 − ) és a vektorok (1 − ) kivételével a J teljes impulzusimpulzus kvantumszámát alsó indexként adjuk hozzá .

Összegezve a következőket kapjuk:

Kvark összetétele	Isospin	J P = 0 − , 1 + , 2 − …	J P = 0 + , 1 - , 2 + …
${\bar s}u,\ {\bar s}d$	1/2	$K_{J}$ †	$K_{J}^{*}$
$c{\bar u},\ c{\bar d}$	1/2	$D_{J}$	$D_{J}^{*}$
$c{\bar s}$	0	$D_{{sJ}}$	$D_{{sJ}}^{*}$
${\bar b}u,\ {\bar b}d$	1/2	$B_{J}$	$B_{J}^{*}$
${\bar b}s$	0	$B_{{sJ}}$	$B_{{sJ}}^{*}$
${\bar b}c$	0	$B_{{cJ}}$	$B_{{cJ}}^{*}$

† J kimaradt 0 − és 1 − esetén .

Néha a részecskék összekeveredhetnek. Például egy semleges kaon és antirészecskéje gyenge kölcsönhatásban , amint azt M. Gell-Mann és A. Pais 1955- ben kimutatta , szimmetrikus vagy antiszimmetrikus kombinációként viselkedik, amelyek mindegyikének megvan a maga részecskéje: egy rövid életű semleges kaon , PC = +1 , általában két pionra bomlik ( π 0 π 0 vagy π + π − ), és egy hosszú életű semleges kaonra PC = -1 , amely általában vagy három pionra bomlik, vagy pionná, elektronná (vagy müon) és egy neutrínó [11] . $K^{0}\,({\bar s}d)$ ${\bar K}^{0}\,(s{\bar d})$ $K_{S}^{0}={\begin{mátrix}{{\sqrt {2}} \over 2}\end{matrix}}(K^{0}-{\bar {K}} ^{0})$ $K_{L}^{0}={\begin{matrix}{{\sqrt {2}} \over 2}\end{matrix}}(K^{0}+{\bar {K}} ^{0})$

Néhány mezon táblázata

Különböző típusú mezonok (nem teljes)

Részecske	Kijelölés	Antirészecske	Összetett	Tömeg , M eV / c²	S	C	B	élettartam , s
Pünkösdi rózsa	+ _	π −	${\mathrm {u{\bar {d))))$	139.6	0	0	0	2,60⋅10 −8
Pünkösdi rózsa	0_ _		${\mathrm {{\frac {u{\bar {u}}-d{\bar {d}}}{{\sqrt {2}}}}}}$	135,0	0	0	0	0,84⋅10 −16
Kaon	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 _
Ez	η 0		${\mathrm {{\frac {u{\bar {u}}+d{\bar {d}}-2s{\bar {s}}}({\sqrt {6}}}}}}$	547,8	0	0	0	0,5⋅10 −18
Ro	ρ +	ρ −	${\mathrm {u{\bar {d))))$	776	0	0	0	0,4⋅10 −23
fi	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
	D0 _	$\mathrm {{\bar {D}}^{0}}$	${\mathrm {c{\bar {u))))$	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	B0 _	$\mathrm {{\bar {B}}^{0}}$	${\mathrm {d{\bar {b))))$	5279	0	0	−1	1,5⋅10 −12
Upsilon	Υ		${\mathrm {b{\bar {b))))$	9460	0	0	0	1,3⋅10 −20

Lásd még

Jegyzetek

↑ A hadronok osztályozása Bevezető szavak . Letöltve: 2017. július 14. Az eredetiből archiválva : 2018. november 29. (határozatlan)
↑ 1 2 Nambu, Yoichiro. . Kvarkok. - M. kiadó \u003d Mir , 1984. - 225 p. - S. 53-54, 60-63.
↑ Fizikai Nobel-díj 1949: Hideki Yukawa . // A Nobel-díj hivatalos webhelye. Hozzáférés időpontja: 2020. április 23. (határozatlan)
↑ Boyarkin, 2006 , p. 57-58.
↑ Greiner W., Müller B. . Kvantummechanika: Szimmetriák. 2. kiadás . - Berlin: Springer Science & Business Media , 1994. - xviii + 526 p. — ISBN 3-540-58080-8 . — 271. o.
↑ Boyarkin, 2006 , p. 70, 94-95.
↑ Choi S.-K. et al. . Rezonanciaszerű struktúra megfigyelése a π ± ψ ′ tömegeloszlásban kizárólagos B → K π ± ψ′ bomlásokban // Physical Review Letters , 2008, 100 . - P. 142001-1-142001-10. - doi : 10.1103/PhysRevLett.100.142001 .
↑ Aaij R. et al. . A Z (4430) rezonáns karakterének megfigyelése - Állapot // Physical Review Letters , 2014, 112 . - P. 222002-1-222002-9. - doi : 10.1103/PhysRevLett.112.222002 .
↑ Ivanov, Igor. Hírek a Nagy Hadronütköztetőről. Az LHCb kísérlet végül bebizonyította az egzotikus Z (4430) mezon valóságát . // Weboldal elementy.ru (2014. április 15.). Letöltve: 2020. április 23. Az eredetiből archiválva : 2020. november 12. (határozatlan)
↑ A hadronok elnevezési sémája . Particle Data Group (2021. február 24.). Letöltve: 2021. február 24. Az eredetiből archiválva : 2021. március 20. (határozatlan)
↑ Kaon fizika / Szerk. J. L. Rosner és B. D. Winstein. - Chicago: University of Chicago Press, 2001. - xv + 624 p. — ISBN 0-226-90228-5 . - P. 3-4, 15.

Irodalom

Boyarkin O. M. . Bevezetés az elemi részecskefizikába. 2. kiadás - M . : KomKniga, 2006. - 264 p. - ISBN 978-5-484-00375-4 .
Jean Letessier, Johann Rafelski, T. Ericson, PY Landshoff. Hadronok és kvark-gluon plazma. - Cambridge University Press , 2002. - 415 p. — ISBN 9780511037276 .

Linkek

A mezonok és tulajdonságaik táblázata
Részecskeinformáció a Részecsketulajdonságok Csoporttól : http://pdg.lbl.gov
hep-ph/0211411: Világos skaláris mezonok a kvark modell szerint .
A hadronok nómenklatúrája .

Szótárak és enciklopédiák

Bibliográfiai katalógusokban
BNF : 11980368z GND : 4169475-2 J9U : 987007565542505171 LCCN : sh85083949 NDL : 00573902 NKC : ph122840

Részecskék a fizikában

alapvető
részecskék

Fermions

Kvarkok	u d s c b t
Leptonok	e -_ e + μ − • μ + τ − • τ + Neutrino ν e • ν e ν μ • ν μ ν τ • ν τ

Bozonok

Nyomtáv	γ g W ± •Z 0
Skalár	Higgs-bozon

Kompozit
részecskék

hadronok

Baryonok ( Hyperonok )	Nukleonok p p n n Δ Λ Σ Ξ Ω Pentakvarkok
Mezonok ( Quarkonia )	π η • η′ p ω φ J/ψ ϒ θ K B D T Tetrakvarkok

Alapvető és (vagy) összetett részecskék vegyületei

Rendes	Atommagok deuteron Triton Helion α atomok ionok Kationok anionok molekulák
Szokatlan	A hipernukleusz fizikában : Λ -hipermagok Hiperhidrogén Hypertriton Σ -hipermagok Egzotikus atomok : mezoatomok Muonic Müonos hidrogén Hadronic pünkösdi rózsa Kaonic Antiproton Σ -hiperonikus Lepton atomok pozitrónium Muonium Dimuónium protonium Pünkösdi rózsa mezomolekula Dipozitrónium