Меню Главная Случайная статья Настройки Мезон Материал из https://ru.wikipedia.org Мезон (от др.-греч. ‘средний’) — адрон[1], имеющий нулевое значение барионного числа. В Стандартной модели мезоны — составные элементарные частицы, состоящие из равного числа кварков и антикварков. К мезонам относятся пионы (-мезоны), каоны (K-мезоны) и другие, более тяжёлые, мезоны. Первоначально мезоны были предсказаны как частицы, являющиеся переносчиками сильного взаимодействия и отвечающие за удержание протонов и нейтронов в атомных ядрах. Все мезоны нестабильны. Благодаря наличию энергии связи масса мезона во много раз больше суммы масс составляющих его кварков. Содержание 1 Предсказание и обнаружение 2 Номенклатура мезонов[10] 2.1 Мезоны без аромата 2.2 Мезоны с ароматом 3 Таблица некоторых мезонов 4 См. также 5 Примечания 6 Литература 7 Ссылки Предсказание и обнаружение В 1934 году японский физик Х. Юкава построил первую количественную теорию взаимодействия нуклонов, происходящего посредством обмена ещё не открытыми тогда частицами, которые сейчас известны как пионы (или пи-мезоны). Впоследствии Х. Юкава был награждён в 1949 году Нобелевской премией по физике — за предсказание существования мезонов на основе теоретической работы по ядерным силам[2][3]. Первоначально термин «мезон» имел смысл «средний по массе», поэтому первым в разряд мезонов попал (из-за подходящей массы) обнаруженный в 1936 году мюон, который назвали . Сначала его и приняли за мезон Юкавы; однако в 1940-х годах было установлено, что мюон не подвержен сильному взаимодействию и относится, как и электрон, к классу лептонов (поэтому и название -мезон является неправильным, так что специалисты обычно его избегают). Первым настоящим мезоном оказался открытый в 1947 году пион, действительно являющийся переносчиком ядерных взаимодействий в соответствии с теорией Юкавы (данную роль он выполняет на расстояниях порядка комптоновской длины волны пиона, составляющей примерно 1,46·1015 м, в то время как на меньших расстояниях существенный вклад в ядерные взаимодействия вносят более тяжёлые мезоны: 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. При этом валентные кварки могут существовать не только в «чистом» виде, но и в виде суперпозиции состояний с разным ароматом; например, нейтральный пион не является ни парой ${\displaystyle \mathrm {u{\bar {u}}} }$, ни парой ${\displaystyle \mathrm {d{\bar {d}}} }$ кварков, а представляет собой суперпозицию обоих: ${\displaystyle ({\mathrm {u{\bar {u}}} }-{\mathrm {d{\bar {d}}} })\,/\,{\sqrt {2}}}$[5]. В зависимости от комбинации значений полного углового момента Начиная с 2003 года в физических журналах появлялись сообщения об открытии частиц, рассматриваемых как «кандидаты» в тетракварки. Природа одной из них — мезонного резонанса Z(4430), впервые обнаруженного коллаборацией Belle в 2007 году[7], была надёжно подтверждена в 2014 году в экспериментах коллаборации LHCb[8]. Установлено, что этот резонанс имеет кварковый состав ${\displaystyle \mathrm {c} }$${\displaystyle \mathrm {\bar {c}} }$${\displaystyle \mathrm {d} }$${\displaystyle \mathrm {\bar {u}} }$ и относится к типу псевдовекторных мезонов[9]. Номенклатура мезонов[10] 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 Мезоны без аромата — это такие мезоны, все квантовые числа ароматов которых 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 P = (1)L+1 C = (1)L+S Также L и S складываются в полный угловой момент J, который может принимать значения от |LS| 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 обозначения 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 ${\displaystyle u{\bar {d}}{\mbox{, }}u{\bar {u}}-d{\bar {d}}{\mbox{, }}d{\bar {u}}}$ † I = 1 b a ${\displaystyle u{\bar {u}}+d{\bar {d}}{\mbox{, }}s{\bar {s}}}$ † I = 0 , ’ h, h’ , f, f’ ${\displaystyle c{\bar {c}}}$ I = 0 c hc • c ${\displaystyle b{\bar {b}}}$ I = 0 b hb ** b Примечания: * Некоторые комбинации запрещены: 0 , 0+ , 1 +, 2+ , 3 +… † Первый ряд образует изоспиновые триплеты: , 0, + и т. д. † Второй ряд содержит пары частиц: предполагается состоянием ${\displaystyle s{\bar {s}}}$, а  — состоянием ${\displaystyle u{\bar {u}}+d{\bar {d}}.}$ В других случаях точный состав неизвестен, так что используется штрих для различения двух форм. • По историческим причинам, 1S1 форма называется J/. ** Символом состояния боттониум является заглавный ипсилон (в зависимости от браузера может отображаться как заглавная Y). Нормальные спин-чётные 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, c1 и т. д. Для большинства , и состояний обычно добавляют к обозначению спектроскопическую информацию: (1S), (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: b2(1P). Если спектроскопическая информация недоступна, то вместо неё используется масса: (9460) Схема обозначений не различает между «чистыми» кварковыми состояниями и состояниями глюония. Поэтому глюониевые состояния используют такую же схему обозначений. Для экзотических мезонов с «запрещённым» набором квантовых чисел JPC = 0 , 0+ , 1 +, 2+ , 3 +, … используют те же обозначения, что и для мезонов с идентичными числами PC, за исключением добавки нижнего индекса J. Мезоны с изоспином 0 и JPC = 1 + обозначаются как 1. Когда квантовые числа частицы неизвестны, она обозначается как X с указанием массы в скобках. Мезоны с ароматом Для мезонов с ароматом схема названий немного проще. 1. Имя дает мезону тяжелейший из двух кварков. Порядок от тяжёлого 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 ${\displaystyle {\bar {K}}}$ b ${\displaystyle {\bar {B}}}$ 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 третей компоненты изоспина: кварк u имеет положительную проекцию изоспина 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-чётной последовательности, то есть JP = 0+, 1, 2+, …, то добавляется верхний индекс «*». 4. Для мезонов, за исключением псевдоскаляров (0) и векторов (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+… ${\displaystyle {\bar {s}}u,\ {\bar {s}}d}$ 1/2 ${\displaystyle K_{J}}$ † ${\displaystyle K_{J}^{*}}$ ${\displaystyle c{\bar {u}},\ c{\bar {d}}}$ 1/2 ${\displaystyle D_{J}}$ ${\displaystyle D_{J}^{*}}$ ${\displaystyle c{\bar {s}}}$ 0 ${\displaystyle D_{sJ}}$ ${\displaystyle D_{sJ}^{*}}$ ${\displaystyle {\bar {b}}u,\ {\bar {b}}d}$ 1/2 ${\displaystyle B_{J}}$ ${\displaystyle B_{J}^{*}}$ ${\displaystyle {\bar {b}}s}$ 0 ${\displaystyle B_{sJ}}$ ${\displaystyle B_{sJ}^{*}}$ ${\displaystyle {\bar {b}}c}$ 0 ${\displaystyle B_{cJ}}$ ${\displaystyle B_{cJ}^{*}}$ † J опущен для 0 and 1. Иногда частицы могут смешиваться. Например, нейтральный каон ${\displaystyle K^{0}\,({\bar {s}}d)}$ и его античастица ${\displaystyle {\bar {K}}^{0}\,(s{\bar {d}})}$ в слабых взаимодействиях, как показали в 1955 году М. Гелл-Манн и А. Пайс, ведут себя как симметричная или антисимметричная комбинации, каждой из которых соответствует своя частица: короткоживущий нейтральный каон ${\displaystyle K_{S}^{0}={\begin{matrix}{{\sqrt {2}} \over 2}\end{matrix}}(K^{0}-{\bar {K}}^{0})}$ с PC = +1, обычно распадающийся на два пиона (00 или +), и долгоживущий нейтральный каон ${\displaystyle K_{L}^{0}={\begin{matrix}{{\sqrt {2}} \over 2}\end{matrix}}(K^{0}+{\bar {K}}^{0})}$ с PC = -1, обычно распадающийся либо на три пиона, либо на пион, электрон (или мюон) и нейтрино[11]. Таблица некоторых мезонов Различные типы мезонов (не полностью) Частица Обозначение Античастица Состав Масса, МэВ/c S C B время жизни, с Пион + ${\displaystyle \mathrm {u{\bar {d}}} }$ 139,6 0 0 0 2,60108 0 ${\displaystyle \mathrm {\frac {u{\bar {u}}-d{\bar {d}}}{\sqrt {2}}} }$ 135,0 0 0 0 0,841016 Каон K+ K ${\displaystyle \mathrm {u{\bar {s}}} }$ 493,7 +1 0 0 1,24108 ${\displaystyle \mathrm {K_{S}^{0}} }$ ${\displaystyle \mathrm {K_{S}^{0}} }$ ${\displaystyle \mathrm {\frac {d{\bar {s}}-s{\bar {d}}}{\sqrt {2}}} }$ 497,7 +1 0 0 0,891010 ${\displaystyle \mathrm {K_{L}^{0}} }$ ${\displaystyle \mathrm {K_{L}^{0}} }$ ${\displaystyle \mathrm {\frac {d{\bar {s}}+s{\bar {d}}}{\sqrt {2}}} }$ 497,7 +1 0 0 5,2108 Эта 0 ${\displaystyle \mathrm {\frac {u{\bar {u}}+d{\bar {d}}-2s{\bar {s}}}{\sqrt {6}}} }$ 547,8 0 0 0 0,51018 Ро + ${\displaystyle \mathrm {u{\bar {d}}} }$ 776 0 0 0 0,41023 Фи ${\displaystyle \mathrm {s{\bar {s}}} }$ 1019 0 0 0 161023 D D+ D ${\displaystyle \mathrm {c{\bar {d}}} }$ 1869 0 +1 0 10,61013 D0 ${\displaystyle \mathrm {{\bar {D}}^{0}} }$ ${\displaystyle \mathrm {c{\bar {u}}} }$ 1865 0 +1 0 4,11013 ${\displaystyle \mathrm {D_{S}^{+}} }$ ${\displaystyle \mathrm {D_{S}^{-}} }$ ${\displaystyle \mathrm {c{\bar {s}}} }$ 1968 +1 +1 0 4,91013 J/ J/ ${\displaystyle \mathrm {c{\bar {c}}} }$ 3096,9 0 0 0 7,21021 B B B+ ${\displaystyle \mathrm {b{\bar {u}}} }$ 5279 0 0 1 1,71012 B0 ${\displaystyle \mathrm {{\bar {B}}^{0}} }$ ${\displaystyle \mathrm {d{\bar {b}}} }$ 5279 0 0 1 1,51012 Ипсилон ${\displaystyle \mathrm {b{\bar {b}}} }$ 9460 0 0 0 1,31020 См. также Элементарные частицы Кварковая модель Примечания Классификация адронов Вводные слова  (неопр.). Дата обращения: 14 июля 2017. Архивировано 29 ноября 2018 года. 1 2 Намбу, Ёитиро. . Кварки. — М.издательство=Мир, 1984. — 225 с. — С. 53—54, 60—63. The Nobel Prize in Physics 1949: Hideki Yukawa  (неопр.). // The Official Web Site of the Nobel Prize. Дата обращения: 23 апреля 2020. Бояркин, 2006, с. 57—58. Greiner W., Mller B. . Quantum Mechanics: Symmetries. 2nd edition. — Berlin: Springer Science & Business Media, 1994. — xviii + 526 p. — ISBN 3-540-58080-8. — P. 271. Бояркин, 2006, с. 70, 94—95. Choi S.-K. et al. . Observation of a Resonance-like Structure in the ± Mass Distribution in Exclusive B K± Decays // Physical Review Letters, 2008, 100. — P. 142001-1—142001-10. — doi:10.1103/PhysRevLett.100.142001. Aaij R. et al. . Observation of the Resonant Character of the Z(4430)- State // Physical Review Letters, 2014, 112. — P. 222002-1—222002-9. — doi:10.1103/PhysRevLett.112.222002. Иванов, Игорь. Новости Большого адронного коллайдера. Эксперимент LHCb окончательно доказал реальность экзотического мезона Z(4430)  (неопр.). // Сайт elementy.ru (15 апреля 2014). Дата обращения: 23 апреля 2020. Архивировано 12 ноября 2020 года. Naming scheme for hadrons (англ.). Particle Data Group (24 февраля 2021). Дата обращения: 24 февраля 2021. Архивировано 20 марта 2021 года. Kaon Physics / Ed. by J. L. Rosner and B. D. Winstein. — Chicago: University of Chicago Press, 2001. — xv + 624 p. — ISBN 0-226-90228-5. — P. 3—4, 15. Литература Бояркин О. М. . Введение в физику элементарных частиц. 2-е изд. — М.: КомКнига, 2006. — 264 с. — ISBN 978-5-484-00375-4. Jean Letessier, Johann Rafelski, T. Ericson, P. Y. Landshoff. Hadrons and Quark-Gluon Plasma. — Cambridge University Press, 2002. — 415 p. — ISBN 9780511037276. Ссылки Таблица мезонов и их свойств Информация о частицах от Группы по свойствам частиц http://pdg.lbl.gov hep-ph/0211411: Лёгкие скалярные мезоны согласно кварковой модели. Номенклатура адронов.