Quarkonia

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 6. oktober 2019; checks kræver 5 redigeringer .

Quarkonia  er en type meson bestående af en kvark og en antikvark af samme smag [1] . Eksempler på sådanne partikler er J/ψ - mesonen ( c c , charmoniumtilstanden se nedenfor ) og ϒ - mesonen ( b b , bottomoniumtilstanden se nedenfor ). Den reelle bundne tilstand af t-kvarken og antikvarken - toponium , eller theta meson  - eksisterer ikke, da t-kvarken henfalder ved svag interaktion, før den kan danne en bundet tilstand (dog kan et virtuelt par t t eksistere ). Normalt bruges udtrykket "quarkonia" kun i forhold til tunge smagsstoffer, det vil sige mesoner dannet af tunge kvarker ( c , b , t ). Dette skyldes det faktum, at de fysiske tilstande af lette kvarker ( u , d og s ) observeret i eksperimentet er kvantemekaniske superpositioner af alle smagsvarianter. Den store forskel i masserne af charmerede ( с ) og skønheds( b ) kvarker med let smag fører til, at førstnævntes tilstande er godt beskrevet i form af kvark-antikvark-par af samme smag.

Charmonium-tilstande

I den præsenterede tabel kan de samme partikler navngives ved hjælp af spektroskopisk notation eller ved at angive deres masse. I nogle tilfælde bruges en række excitationer: Ψ′  er den første excitation Ψ (historisk kaldes denne tilstand J / ψ ), Ψ″  er den anden excitation osv.

Nogle stater er forudsagt, men endnu ikke opdaget; andre er ikke bekræftet. X(3872) -partiklens kvantetal er ukendte, og der er en diskussion om dens struktur. Det kunne være:

I 2005 annoncerede BaBar-eksperimentet opdagelsen af ​​en ny tilstand, Y(4260) [2] [3] . CLEO- og Belle- eksperimenterne bekræftede også dets eksistens. Det blev oprindeligt anset for at være en tilstand af charmonium, men der er tegn på en mere eksotisk natur af denne partikel, såsom et D-meson- molekyle , et 4-kvark-system eller en hybrid meson.

Term n 2 S + 1 L J I G ( J P C ) Partikel Masse (MeV/ c² ) [4]
1 1 S 0 0 + (0 −+ ) η c (1 S ) 2980,3±1,2
1³S 1 0 − (1 −− ) J/ψ(1 S ) 3096,916±0,011
1 1 P 1 0 − (1 + − ) h c (1 P ) 3525,93±0,27
1³P 0 0+ ( 0 ++ ) χ c 0 (1 P ) 3414,75±0,31
1³P 1 0 + (1 ++ ) χ c 1 (1 P ) 3510,66±0,07
1³P 2 0+ ( 2 ++ ) χ c 2 (1 P ) 3556,20 ± 0,09
2 1 S 0 0 + (0 −+ ) η c (2 S ) eller η′ c 3637±4
2³S 1 0 − (1 −− ) ψ (3686) 3686,09±0,04
1 1 D 2 0 + (2 −+ ) η c 2 (1 D ) †
1³D 1 0 − (1 −− ) ψ (3770) 3772,92±0,35
1³D 2 0 − (2 −− ) ψ 2 (1 D )
1³D 3 0 − (3 −− ) ψ 3 (1 D ) 3842 ± 1 [5]
2 1 P 1 0 − (1 + − ) h c (2 P ) †
2³P 0 0+ ( 0 ++ ) χ c 0 (2 P ) †
2³P 1 0 + (1 ++ ) χ c 1 (2 P ) †
2³P 2 0+ ( 2 ++ ) χ c 2 (2 P ) †
? ? ? ? 0 ? (? ? ) † X (3872) 3872,2±0,8
? ? ? ? ? ? (1 - - ) Y (4260) 4260+8
-9

Bemærkninger:

* Kræver bekræftelse. † Forudsagt, men endnu ikke opdaget. † Fortolket som charmoniumtilstanden 1 −− .

Bottomonia-tilstande

I den præsenterede tabel kan de samme partikler navngives ved hjælp af spektroskopisk notation eller ved at angive deres masse.

Nogle stater er forudsagt, men endnu ikke opdaget; andre er ikke bekræftet.

Term n 2 S + 1 L J I G ( J P C ) Partikel Masse (MeV/ c² ) [6]
1 1 S 0 0 + (0 −+ ) η b (1 S ) 9388,9+3,1
−2,3
1³S 1 0 − (1 −− ) Υ (1 S ) 9460,30 ± 0,26
1 1 P 1 0 − (1 + − ) h b (1 P )
1³P 0 0+ ( 0 ++ ) χ b 0 (1 P ) 9859,44±0,52
1³P 1 0 + (1 ++ ) χ b 1 (1 P ) 9892,76±0,40
1³P 2 0+ ( 2 ++ ) χ b 2 (1 P ) 9912,21±0,40
2 1 S 0 0 + (0 −+ ) η b (2 S )
2³S 1 0 − (1 −− ) Υ ( 2S ) 10023,26±0,31
1 1 D 2 0 + (2 −+ ) η b 2 (1 D )
1³D 1 0 − (1 −− ) Υ (1 D ) 10161,1 ± 1,7
1³D 2 0 − (2 −− ) Υ 2 (1 D )
1³D 3 0 − (3 −− ) Y 3 (1 D )
2 1 P 1 0 − (1 + − ) h b (2 P )
2³P 0 0+ ( 0 ++ ) χ b 0 (2 P ) 10232,5±0,6
2³P 1 0 + (1 ++ ) χ b 1 (2 P ) 10255,46±0,55
2³P 2 0+ ( 2 ++ ) χ b 2 (2 P ) 10268,65±0,55
3³S 1 0 − (1 −− ) Y ( 3S ) 10355,2±0,5
4³S 1 0 − (1 −− ) Υ (4 S ) eller Υ (10580) 10579,4±1,2
5³S 1 0 − (1 −− ) Y ( 10860 ) 10865±8
6³S 1 0 − (1 −− ) Y (11020) 11019±8

Bemærkninger :

* Foreløbigt resultat, bekræftelse påkrævet.

Quarkonia i QCD

Beregninger af mesoners egenskaber i kvantekromodynamik (QCD) er ikke-perturbative. Derfor forbliver den eneste tilgængelige generelle metode en direkte beregning ved hjælp af QCD på et gitter . Der er dog andre metoder, der også er effektive til tungt quarkonium.

Lette kvarker i mesonen bevæger sig med relativistiske hastigheder, da massen af ​​deres bundne tilstand er meget større end masserne af de konstituerende kvarker selv. Men hastigheden af ​​charmerede og skønhedskvarker i de tilsvarende tilstande af quarkonia er meget lavere, og relativistiske effekter påvirker sådanne tilstande i mindre grad. Estimater af disse hastigheder v giver ca. 0,3 lyshastigheden for charmonium og 0,1 for bottomonium. Således kan beregninger af sådanne tilstande udføres ved at udvide i potenser af den lille parameter v/c . Denne metode kaldes ikke-relativistisk QCD (NRQCD).

Ikke-relativistisk QCD er også kvantiseret som en gittermålerteori , som gør det muligt at bruge endnu en tilgang i gitter-QCD-beregninger. Der blev således opnået en god overensstemmelse med forsøget med hensyn til bottomoniummasserne, og dette er et af de bedste beviser for validiteten af ​​gitter QCD-metoden. For charmoniummasser er aftalen ikke så god, men videnskabsmænd arbejder på at forbedre denne metode. Der arbejdes også i retning af at beregne egenskaber som bredden af ​​quarkoniumtilstande og overgangssandsynlighederne mellem tilstande.

En anden historisk tidlig, men stadig effektiv metode bruger den effektive potentialemodel til at beregne masserne af quarkoniumtilstande. Det antages, at kvarkerne, der udgør quarkonium, bevæger sig ved ikke-relativistiske hastigheder i et statisk potentiale, svarende til hvordan en elektron gør i den ikke-relativistiske model af brintatomet . Et af de mest populære modelpotentialer kaldes Cornell-potentialet:

hvor r  er den effektive radius af den bundne tilstand, a og b  er nogle parametre. Dette potentiale har to dele. Den første, a/r , svarer til det potentiale, der skabes af en én-gluon-udveksling mellem en kvark og en antikvark, og kaldes Coulomb-delen, da den gentager formen af ​​Coulomb-potentialet i det elektromagnetiske felt , også proportional med 1 / r . Den anden del, br , svarer til kvark indeslutningseffekten . Normalt, når man bruger denne tilgang, tages der en bekvem form for kvarkbølgefunktionen, og parametrene a og b bestemmes ved at tilpasse sig eksperimentelt målte værdier af kvarkoniamasserne. Relativistiske og andre effekter kan tages i betragtning ved at tilføje yderligere termer til potentialet, ligesom det gøres for brintatomet i ikke-relativistisk kvantemekanik.

Sidstnævnte metode har ikke en kvalitativ teoretisk underbyggelse, men den er meget populær, da den tillader ret præcist at forudsige parametrene for quarkonium, undgå lange gitterberegninger og også adskiller indflydelsen fra det korte Coulomb-potentiale og det lange rækkevidde indespærringseffekt. Dette viser sig at være nyttigt til at forstå karakteren af ​​kræfterne mellem en kvark og en antikvark i QCD.

Betydning

Studiet af quarkonia er af interesse ud fra et synspunkt om bestemmelse af parametrene for quark- gluon - interaktionen. Mesoner er lettere at studere, da de kun består af to kvarker, og quarkonia er bedst egnet til dette formål på grund af dens symmetri.

Se også

Noter

  1. ↑ Endelsen -onium ( -onium ) bruges til at betegne koblede systemer bestående af en partikel og den tilsvarende antipartikel; nogle gange bruges den generiske term onium for sådanne systemer .
  2. ↑ En ny partikel opdaget af BaBar-eksperimentet . Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (6. juli 2005). Hentet 6. marts 2010. Arkiveret fra originalen 11. marts 2012.
  3. ↑ B. Aubert et al. ( BaBar Samarbejde ). Observation af en bred struktur i π + π − J/ψ massespektret omkring 4,26 GeV/c2 (2005). Hentet 29. april 2010. Arkiveret fra originalen 18. januar 2016.
  4. ↑ Patrignani C. et al. (Partikeldatagruppe) . 2016 Gennemgang af partikelfysik. , Hage. Phys. C, 40, 100001 (2016). [https://web.archive.org/web/20161213201506/http://pdglive.lbl.gov/ParticleGroup.action?node=MXXX025&init= Arkiveret 13. december 2016 på Wayback Machine Arkiveret 13. december 2016 på Wayback Maskine c c MESONS]
  5. ↑ Ny partikel opdaget ved CERN, der vil forfine kvarkmodellen . www.inp.nsk.su Hentet 28. februar 2019. Arkiveret fra originalen 28. februar 2019.
  6. ↑ Patrignani C. et al. (Partikeldatagruppe) . 2016 Gennemgang af partikelfysik. , Hage. Phys. C, 40, 100001 (2016). [https://web.archive.org/web/20161213201723/http://pdglive.lbl.gov/ParticleGroup.action?node=MXXX030&init= Arkiveret 13. december 2016 på Wayback Machine Arkiveret 13. december 2016 på Wayback Maskine b b MESONS]

Litteratur