Меню

Главная
Случайная статья
Настройки
Кварконий
Материал из https://ru.wikipedia.org

Кварконий — вид мезона, состоящий из кварка и антикварка одного и того же аромата[1]. Примерами таких частиц являются J/-мезон (cc, состояние чармония см. ниже) и (bb, состояние боттомония см. ниже). Реальное связанное состояние t-кварка и антикварка — топоний, или тэта-мезон — не существует, поскольку t-кварк распадается путём слабого взаимодействия прежде, чем может сформировать связанное состояние (однако может существовать виртуальная пара tt). Обычно термин «кварконий» употребляется только применительно к тяжёлым ароматам, то есть мезонам, образованным тяжёлыми кварками (c, b, t). Это связано с тем, что физические состояния лёгких кварков (u, d и s), наблюдаемые в эксперименте, представляют собой квантово-механические суперпозиции всех ароматов. Большое различие в массах очарованного (с) и прелестного (b) кварков с лёгкими ароматами приводит к тому, что состояния первых хорошо описываются в терминах кварк-антикварковых пар одного аромата.

Содержание

Состояния чармония

В представленной таблице одни и те же частицы могут быть названы с использованием спектроскопической нотации или путём указания их массы. В некоторых случаях используются серии возбуждений:

Некоторые состояния предсказаны, но пока не обнаружены; другие не подтверждены. Квантовые числа частицы X(3872) неизвестны, по поводу её структуры идёт дискуссия. Это может быть:
  • кандидат в состояние
  • гибридное состояние чармония;
  • молекула


В 2005 году в эксперименте BaBar объявили об открытии нового состояния Y(4260)[2][3]. Эксперименты CLEO и Belle также подтвердили его существование. Первоначально считалось, что это состояние чармония, однако имеются свидетельства более экзотической природы этой частицы, например молекула D-мезонов, система из 4 кварков или гибридный мезон.
Терм Частица Масса (МэВ/
0+(0+) 2980,3 ± 1,2
0(1) 3096,916 ± 0,011
11P1 0(1+) hc(1P) 3525,93 ± 0,27
13P0 0+(0++) c0(1P) 3414,75 ± 0,31
13P1 0+(1++) c1(1P) 3510,66 ± 0,07
13P2 0+(2++) c2(1P) 3556,20 ± 0,09
21S0 0+(0+) c(2S) или c 3637 ± 4
23S1 0(1) (3686) 3686,09 ± 0,04
11D2 0+(2+) c2(1D)†
13D1 0(1) (3770) 3772,92 ± 0,35
13D2 0(2) 2(1D)
13D3 0(3) 3(1D) 3842 ± 1[5]
21P1 0(1+) hc(2P)†
23P0 0+(0++) c0(2P)†
23P1 0+(1++) c1(2P)†
23P2 0+(2++) c2(2P)†
???? 0?(??)† X(3872) 3872,2 ± 0,8
???? ??(1) Y(4260) 4260+8
9


Примечания:
* Требует подтверждения.
† Предсказан, но пока не обнаружен.
† Интерпретируется как состояние чармония 1.


Состояния боттомония

В представленной таблице одни и те же частицы могут быть названы с использованием спектроскопической нотации или путём указания их массы.

Некоторые состояния предсказаны, но пока не обнаружены; другие не подтверждены.
Терм n2S + 1LJ IG(JPC) Частица Масса (МэВ/c)[6]
11S0 0+(0+) b(1S) 9388,9+3,1
2,3
13S1 0(1) (1S) 9460,30 ± 0,26
11P1 0(1+) hb(1P)
13P0 0+(0++) b0(1P) 9859,44 ± 0,52
13P1 0+(1++) b1(1P) 9892,76 ± 0,40
13P2 0+(2++) b2(1P) 9912,21 ± 0,40
21S0 0+(0+) b(2S)
23S1 0(1) (2S) 10023,26 ± 0,31
11D2 0+(2+) b2(1D)
13D1 0(1) (1D) 10161,1 ± 1,7
13D2 0(2) 2(1D)
13D3 0(3) 3(1D)
21P1 0(1+) hb(2P)
23P0 0+(0++) b0(2P) 10232,5 ± 0,6
23P1 0+(1++) b1(2P) 10255,46 ± 0,55
23P2 0+(2++) b2(2P) 10268,65 ± 0,55
33S1 0(1) (3S) 10355,2 ± 0,5
43S1 0(1) (4S) или (10580) 10579,4 ± 1,2
53S1 0(1) (10860) 10865 ± 8
63S1 0(1) (11020) 11019 ± 8


Примечания:
* Предварительный результат, требуется подтверждение.


Кварконий в КХД

Расчёты свойств мезонов в квантовой хромодинамике (КХД) носят непертурбативный характер. Поэтому единственным доступным общим методом остаётся прямой расчёт с использованием КХД на решётке. Однако существуют и другие методы, также эффективные применительно к тяжёлому кварконию.

Лёгкие кварки в мезоне движутся с релятивистскими скоростями, поскольку масса их связанного состояния много больше масс самих составляющих кварков. Но скорость очарованного и прелестного кварков в соответствующих состояниях кваркония существенно меньше, и релятивистские эффекты затрагивают такие состояния в меньшей степени. Оценки этих скоростей v дают около 0,3 скорости света для чармония и 0,1 для боттомония. Таким образом расчёты таких состояний могут проводиться путём разложения по степеням малого параметра v/c. Этот метод получил название нерелятивистской КХД (non-relativistic QCD — NRQCD).

Нерелятивистская КХД также квантуется как калибровочная теория на решётке, что позволяет использовать ещё один подход в расчётах КХД на решётке. Таким образом было получено хорошее согласие с экспериментом в значении масс боттомония, и это является одним из лучших свидетельств состоятельности метода КХД на решётке. Для масс чармония согласие не такое хорошее, но учёные работают над улучшением данного метода. Также ведётся работа в направлении вычислений таких свойств, как ширины состояний кваркония и вероятности перехода между состояниями.

Ещё один исторически ранний, но до сих пор эффективный метод использует модель эффективного потенциала для расчёта масс состояний кваркония. Предполагается, что кварки, составляющие кварконий, движутся с нерелятивистскими скоростями в статическом потенциале, подобно тому, как это происходит с электроном в нерелятивистской модели атома водорода. Один из наиболее популярных модельных потенциалов носит название потенциала Корнелла:


где r — эффективный радиус связанного состояния, a и b — некие параметры. Такой потенциал состоит из двух частей. Первая, a/r, отвечает потенциалу, создаваемому одноглюонным обменом между кварком и антикварком, и называется кулоновской частью, поскольку повторяет вид кулоновского потенциала электромагнитного поля, также пропорционального 1/r. Вторая часть, br, отвечает эффекту конфайнмента кварков. Обычно при использовании данного подхода берётся удобная форма волновой функции кварков, а параметры a и b определяются путём подгонки к экспериментально измеренным значениям масс кваркониев. Релятивистские и прочие эффекты могут быть учтены путём добавления дополнительных членов к потенциалу, подобно тому, как это делается для атома водорода в нерелятивистской квантовой механике.

Последний метод не имеет качественного теоретического обоснования, однако весьма популярен, поскольку позволяет довольно точно предсказывать параметры кваркония, избегая длительных вычислений на решётке, а также разделяет влияние короткодействующего кулоновского потенциала и дальнодействующего эффекта конфайнмента. Это оказывается полезно для понимания характера сил между кварком и антикварком в КХД.

Значение

Изучение кваркония представляет интерес с точки зрения определения параметров кварк-глюонного взаимодействия. Мезоны проще для изучения, так как состоят только из двух кварков, а кварконий для этих целей подходит лучше всего из-за симметричности.

См. также

Примечания
  1. Суффикс -оний (-onium) применяется для обозначения связанных систем, состоящих из частицы и соответствующей античастицы; иногда для таких систем используется общий термин оний, см. Категория:Онии.
  2. A new particle discovered by BaBar experiment. Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (6 июля 2005). Дата обращения: 6 марта 2010. Архивировано 11 марта 2012 года.
  3. Aubert B. et al. (BaBar Collaboration). Observation of a Broad Structure in the +J/ Mass Spectrum around 4.26GeV/c2 (англ.) // Physical Review Letters. — 2005. — Vol. 95, iss. 14. — P. 142001-1—142001-7. — ISSN 0031-9007. — doi:10.1103/PhysRevLett.95.142001. — arXiv:hep-ex/0506081.
  4. Patrignani C. et al. (Particle Data Group). 2016 Review of Particle Physics : cc MESONS (англ.) // Chin. Phys. C. — 2016. — Vol. 40. — P. 100001. Архивировано 13 декабря 2016 года.
  5. В ЦЕРН обнаружена новая частица, которая уточнит кварковую модель. www.inp.nsk.su. Дата обращения: 28 февраля 2019. Архивировано 28 февраля 2019 года.
  6. Patrignani C. et al. (Particle Data Group). 2016 Review of Particle Physics : bb MESONS (англ.) // Chin. Phys. C. — 2016. — Vol. 40. — P. 100001. Архивировано 13 декабря 2016 года.


Литература
Downgrade Counter