Мезон

Мезон (ад Шаблон:Lang-grc — сярэдні) — базон моцнага ўзаемадзеяння. У стандартнай мадэлі мезоны — састаўныя (не-элементарныя) часціцы, якія складаюцца з цотнай колькасці кваркаў і антыкваркаў. Да мезонаў адносяць піоны (π-мезоны), каоны (K-мезоны) і многія іншыя больш цяжкія мезоны. Спачатку мезоны былі прадказаны як часціцы, якія пераносяць сілы, якія звязваюць пратоны і нейтроны.

Большая частка масы мезона паходзіць з энергіі сувязі, а не з сумы мас часціц, з якіх ён складаецца.

Усе мезоны нестабільныя.

Прадказанне і выяўленне

У 1935 годзе японскі фізік Х. Юкава стварыў першую колькасную тэорыю ўзаемадзеяння нуклонаў, якое адбываецца праз абмен новымі часціцамі, якія цяпер вядомыя як пі-мезоны (або піоны). Пасля за гэтую працу Х. Юкава быў узнагароджаны Нобелеўскай прэміяй па фізіцы.

Першапачаткова тэрмін «мезон» меў сэнс «сярэдні па масе», таму першым у разрад мезонаў трапіў (з-за яго прыдатнай масы) выяўлены ў канцы 1930-х гадоў мюон, які назвалі μ-мезонам. Аднак у канцы 1940-х было ўстаноўлена, што мюон не схільны да моцнага ўзаемадзеяння і адносіцца, як і электрон, да класа лептонаў (таму і назва μ-мезон з'яўляецца няправільнай).

Піон быў ​​першым эксперыментальна адкрытым (1947) сапраўдным мезонам.

Да адкрыцця тэтракваркаў лічылася, што ўсе вядомыя мезоны складаюцца з пары кварк-антыкварк (г. зв. валентных кваркаў) і з «мора» віртуальных кварк-антыкваркавых пар і віртуальных глюонаў. Валентныя кваркі могуць існаваць у выглядзе суперпазіцыі станаў з розным водарам; напрыклад нейтральны піон не з'яўляецца ні парай $u\overline{u}$, ні парай $d\overline{d}$ кваркаў, а ўяўляе сабой суперпазіцыю абодвух.

Псеўдаскалярныя мезоны (спін = 0) маюць мінімальную энергію спакою, бо ў іх кварк і антыкварк маюць антыпаралельныя спіны, пасля іх ідуць вектарныя мезоны (спін = 1), у якіх спіны кваркаў паралельныя (накіраваны аднолькава). Абодва тыпы сустракаюцца ў больш высокіх энергетычных станах, у якіх спін складваецца з арбітальным (вуглавым) момантам (сённяшняя карціна ўнутрыядзерных сіл даволі складаная, для дэтальнага азнаямлення з роляй мезонаў гл. Сучасны стан тэорыі моцных узаемадзеянняў).

Наменклатура мезонаў

Імя мезону даюць так, каб яно вызначала яго асноўныя ўласцівасці. Адпаведна, па зададзеных уласцівасцях мезона можна адназначна вызначыць яго назву. Спосабы наймення падзяляюцца на дзве катэгорыі, у залежнасці ад таго, ці мае Мезон «водар».

Мезоны без водару

Мезоны без водару — мезоны, усе квантавыя лікі водараў якіх роўныя нулю. Гэта азначае, што гэтыя мезоны з'яўляюцца станамі кварконія (пар кварк-антыкварк аднолькавага водару) або лінейнымі камбінацыямі такіх станаў.

Імя мезона вызначаецца яго сумарным спінам Шаблон:Math і сумарным арбітальным вуглавым момантам Шаблон:Math. Мезон складзены з двух кваркаў з Шаблон:Nobr, таму сумарны спін можа быць толькі Шаблон:Nobr (паралельныя спіны) або Шаблон:Nobr (антыпаралельныя спіны). Арбітальнае квантавы лік Шаблон:Math зʼяўляецца за кошт кручэння аднаго кварка вакол іншага. Звычайна большы арбітальны момант выяўляецца ў выглядзе большай масы мезона. Гэтыя дзве квантавыя лікі вызначаюць цотнасць Шаблон:Math і (для нейтральных мезонаў) зарадава-спалучаную цотнасць Шаблон:Math мезоны:

Шаблон:Math = (−1)^{Шаблон:Math+1}

Шаблон:Math = (−1)^{Шаблон:Math}

Таксама Шаблон:Math і Шаблон:Math складаюцца ў поўны вуглавы момант Шаблон:Math, які можа прымаць значэнні ад | Шаблон:Math | да Шаблон:Math з крокам адзінка. Магчымыя камбінацыі апісваюць знакам (тэрмам) ^{2 Шаблон:Math + 1} Шаблон:Math ^{Шаблон:Math} (замест лічбавага значэння Шаблон:Math ужываюць літарны код, гл. спектраскапічныя сімвалы) і сімвалам Шаблон:Math (для абазначэння ўжываюць толькі знак Шаблон:Math і Шаблон:Math).

Магчымыя камбінацыі і адпаведныя абазначэння мезонаў пададзены ў табліцы:

	Шаблон:Math =	(0, 2…)− +	(1, 3…)+ −	(1,2…)− −	(0, 1…)+ +
Кваркавы склад	Шаблон:Math = *	1(Шаблон:Math, Шаблон:Math, …)Шаблон:Math	1(Шаблон:Math, Шаблон:Math, …)Шаблон:Math	³(Шаблон:Math, Шаблон:Math, …)Шаблон:Math	³(Шаблон:Math, Шаблон:Math, …)Шаблон:Math
$u\overline{d}\text{, }u\overline{u}-d\overline{d}\text{, }d\overline{u}$ †	[[изоспин|Шаблон:Math]] = 1	Шаблон:Math	Шаблон:Math	Шаблон:Math	Шаблон:Math
$u\overline{u}+d\overline{d}\text{, }s\overline{s}$ †	Шаблон:Math = 0	Шаблон:Math	Шаблон:Math	Шаблон:Math	Шаблон:Math
$c\overline{c}$	Шаблон:Math = 0	Шаблон:Math	Шаблон:Math	Шаблон:Math •	Шаблон:Math
$b\overline{b}$	Шаблон:Math = 0	Шаблон:Math	Шаблон:Math	Шаблон:Math **	Шаблон:Math

Заўвагі:

^*Некаторыя камбінацыі забароненыя: 0  ^— — , 0 ^+ — , 1  ^{— +} , 2 ^+ — , 3  ^{— +} …

^†Першы шэраг утворыць ізаспінавы трыплет: Шаблон:Math, Шаблон:Math, Шаблон:Math Шаблон:Nobr

^†Другі шэраг змяшчае пары часціц: Шаблон:Math мяркуецца станам $s\overline{s}$, а Шаблон:Math — станам $u\overline{u}+d\overline{d}.$. У іншых выпадках дакладны склад невядомы, так што выкарыстоўваецца штрых для адрознення двух формаў.

^•З гістарычных прычын, 1³ Шаблон:Math₁ форма Шаблон:Math называецца [[J/Psi|Шаблон:Math]].

^**Сімвалам стану ботаніўм зʼяўляецца загалоўны іпсілон Шаблон:Math (у залежнасці ад браўзера можа адлюстроўвацца як загалоўная Y).

Нармальныя спін-цотныя паслядоўнасці фарміруюцца мезонамі, у якіх Шаблон:Nobr. У нармальнай паслядоўнасці Шаблон:Nobr, так што Шаблон:Nobr (гэта значыць Шаблон:Nobr). Гэта адпавядае некаторым трыплетным станам (паказаны ў двух апошніх слупках).

Паколькі некаторыя з сімвалаў могуць паказваць на больш чым адну часцінку, ёсць дадатковыя правілы:

• У гэтай схеме часціцы з Шаблон:Math = 0  ^— вядомыя як псеўдаскаляры , а мезоны з Шаблон:Nobr называюцца вектарамі . Для астатніх часціц лік Шаблон:Math дадаецца ў выглядзе ніжняга індэксу: Шаблон:Math, Шаблон:Math, Шаблон:Math Шаблон:Nobr
• Для большасці Шаблон:Math, Шаблон:Math і Шаблон:Math станаў звычайна дадаюць да пазначэння спектраскапічную інфармацыю:Шаблон:Math, Шаблон:Math. Першая лічба — гэта галоўны квантавы лік, а літара з'яўляецца спектраскапічным пазначэннем Шаблон:Math. Мультыплетнасть апускаецца, бо яна вынікае з літары, да таго ж Шаблон:Math пры неабходнасці пішуць у выглядзе ніжняга індэксу: Шаблон:Math. Калі спектраскапічная інфармацыя недаступная, замест яе ўжываецца маса: Шаблон:Math (9460)
• Схема пазначэнняў не адрознівае «чыстыя» кваркавыя станы і станы глюонія. Таму глюоніевыя станы ужываюць такую ​​самую схему наймення.
• Для экзатычных мезонаў з «забароненым» наборам квантавых лікаў Шаблон:Nobr, Шаблон:Nobr, Шаблон:Nobr, Шаблон:Nobr, Шаблон:Nobr ужываюць тыя самыя абазначэнні, што і для мезонаў з ідэнтычнымі лікамі Шаблон:Math, за выключэннем дабаўкі ніжняга індэксу Шаблон:Math. Мезоны з ізаспінам 0 і Шаблон:Nobr абазначаюць як Шаблон:Math ₁. Калі квантавыя лікі часціцы невядомыя, яе абазначаюць як Шаблон:Math з указаннем масы ў дужках.

Мезоны з водарам

Для мезонаў з водарам схема назваў трохі прасцей.

1. Імя дае мезону найцяжэйшы з двух кваркаў. Парадак ад цяжкага да лёгкага наступны: Шаблон:Nobr. Аднак у Шаблон:Math- і Шаблон:Math-кваркаў водару няма, таму яны не ўплываюць на назву. Кварк Шаблон:Math ніколі не сустракаецца ў адронах, але сімвал для мезонаў, якія змяшчаюць Шаблон:Math, зарэзерваваны.

кварк	сімвал	кварк	сімвал
Шаблон:Math	Шаблон:Math	Шаблон:Math	Шаблон:Math
Шаблон:Math	$\overline{K}$	Шаблон:Math	$\overline{B}$

Трэба адзначыць, што з Шаблон:Math- і Шаблон:Math-кваркамі ўжываецца сімвал антычасціцы. Гэта адбываецца з-за прынятага пагаднення пра тое, што зарад водару і электрычны зарад павінны мець аднолькавы знак. Гэта ж слушна і для трэцяй кампаненты ізаспіна: кварк Шаблон:Math мае дадатную праекцыю ізаспіна Шаблон:Math₃ і зарад, а кварк Шаблон:Math мае адмоўныя Шаблон:Math ₃ і зарад. У выніку кожны водар зараджанага мезона мае той жа знак, што і яго электрычны зарад.

2. Калі другі кварк таксама мае водар (любы, апроч Шаблон:Math і Шаблон:Math), то яго наяўнасць пазначаюць у выглядзе ніжняга індэкса (Шаблон:Math, Шаблон:Math або Шаблон:Math і, тэарэтычна, Шаблон:Math).

3. Калі мезон належыць нармальнай спін-цотнай паслядоўнасці, то-бок Шаблон:Nobr, 1 ^- , 2 ⁺ ,…, то дадаецца верхні індэкс «*».

4. Для мезонаў, за выключэннем псеўдаскаляраў (0 ^- ) і вектараў (1 ^- ), дадаецца ў выглядзе ніжняга індэкса квантавы лік поўнага вуглавога моманту Шаблон:Math.

У выніку атрымаем:

Кваркавы склад	ізаспін	JP = 0−, 1+, 2−…	JP = 0+, 1−, 2+…
$\overline{s}u,\overline{s}d$	1/2	$K_J$ †	$K_J^{*}$
$c\overline{u},c\overline{d}$	1/2	$D_J$	$D_J^{*}$
$c\overline{s}$	0	$D_{sJ}$	$D_{sJ}^{*}$
$\overline{b}u,\overline{b}d$	1/2	$B_J$	$B_J^{*}$
$\overline{b}s$	0	$B_{sJ}$	$B_{sJ}^{*}$
$\overline{b}c$	0	$B_{cJ}$	$B_{cJ}^{*}$

† Шаблон:Math апушчаны для 0⁻ and 1⁻.

Часам часціцы могуць змешвацца. Напрыклад, нейтральны каон $K^0(\overline{s}d)$ і яго антычасціца ${\overline{K}}^0(s\overline{d})$ у слабых узаемадзеяннях, як паказалі ў 1955 годзе М. Гел-Ман і А. Пайс, вядуць сябе як сіметрычная або антысіметрычная камбінацыі, кожнай з якіх адпавядае свая часціца: кароткажывучы нейтральны каон $K_S^0=\begin{array}{c}\frac{\sqrt{2}}{2}\end{array}(K^0-{\overline{K}}^0)$ з Шаблон:Nobr, які звычайна распадаецца на два піоны (Шаблон:MathШаблон:Math або Шаблон:MathШаблон:Math), і доўгажывучы нейтральны каон $K_L^0=\begin{array}{c}\frac{\sqrt{2}}{2}\end{array}(K^0+{\overline{K}}^0)$ з Шаблон:Nobr, які звычайна распадаецца або на тры піоны, або на піон, электрон (або мюон) і нейтрына

Табліца некаторых мезонаў

Розныя тыпы мезонаў (не ўсе)

Часціца	Абазначэнне	Анты- часціца	Склад	Маса МэВ/[[хуткасць святла|Шаблон:Math]]²	[[дзіўнасць|Шаблон:Math]]	[[Чароўнасць (квантавы лік)|Шаблон:Math]]	[[B-кварк|Шаблон:Math]]	час жыцця с
Піон	Шаблон:Math	Шаблон:Math	$\mathrm{u}\overline{\mathrm{d}}$	139,6	0	0	0	2,60Шаблон:E
	Шаблон:Math	←	$\frac{u\overline{u}-d\overline{d}}{\sqrt{2}}$	135,0	0	0	0	0,84Шаблон:E
Каон	Шаблон:Math	Шаблон:Math	$\mathrm{u}\overline{\mathrm{s}}$	493,7	+1	0	0	1,24Шаблон:E
	$K_{\mathrm{S}}^{\mathrm{0}}$	$K_{\mathrm{S}}^{\mathrm{0}}$	$\frac{d\overline{s}-s\overline{d}}{\sqrt{2}}$	497,7	+1	0	0	0,89Шаблон:E
	$K_{\mathrm{L}}^{\mathrm{0}}$	$K_{\mathrm{L}}^{\mathrm{0}}$	$\frac{d\overline{s}+s\overline{d}}{\sqrt{2}}$	497,7	+1	0	0	5,2Шаблон:E
Эта	Шаблон:Math	←	$\frac{u\overline{u}+d\overline{d}-2s\overline{s}}{\sqrt{6}}$	547,8	0	0	0	0,5Шаблон:E
Ро	Шаблон:Math	Шаблон:Math	$\mathrm{u}\overline{\mathrm{d}}$	776	0	0	0	0,4Шаблон:E
Фі	Шаблон:Math	←	$\mathrm{s}\overline{\mathrm{s}}$	1019	0	0	0	16Шаблон:E
D	Шаблон:Math	Шаблон:Math	$\mathrm{c}\overline{\mathrm{d}}$	1869	0	+1	0	10,6Шаблон:E
	Шаблон:Math	$\overline{{\mathrm{D}}^{\mathrm{0}}}$	$\mathrm{c}\overline{\mathrm{u}}$	1865	0	+1	0	4,1Шаблон:E
	$D_{\mathrm{S}}^{\mathrm{+}}$	$D_{\mathrm{S}}^{\mathrm{-}}$	$\mathrm{c}\overline{\mathrm{s}}$	1968	+1	+1	0	4,9Шаблон:E
[[J/ψ|Шаблон:Math]]	Шаблон:Math	←	$\mathrm{c}\overline{\mathrm{c}}$	3096,9	0	0	0	7,2Шаблон:E
B	Шаблон:Math	Шаблон:Math	$\mathrm{b}\overline{\mathrm{u}}$	5279	0	0	−1	1,7Шаблон:E
	Шаблон:Math	$\overline{{\mathrm{B}}^{\mathrm{0}}}$	$\mathrm{d}\overline{\mathrm{b}}$	5279	0	0	−1	1,5Шаблон:E
Іпсілон	Шаблон:Math	←	$\mathrm{b}\overline{\mathrm{b}}$	9460	0	0	0	1,3Шаблон:E

Спасылкі

• Табліца мезонаў і іх уласцівасцяў
• інфармацыя пра часціцы ад Групы па ўласцівасцях часціц http://pdg.lbl.gov
• hep-ph/0211411: Лёгкія скалярныя мезоны паводле кваркавай мадэлі.
• Наменклатура адронаў.