Quarkonia

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 6. října 2019; kontroly vyžadují 5 úprav .

Quarkonia  je druh mezonu skládající se z kvarku a antikvarku stejné chuti [1] . Příklady takových částic jsou mezon J/ψ ( c c , stav charmonia viz níže ) a mezon ϒ ( b b , stav bottomonia viz níže ). Skutečný vázaný stav t-kvarku a antikvarku je toponium neboli theta mezon — neexistuje, protože t-kvark se slabou interakcí rozpadá, než může vytvořit vázaný stav (virtuální pár t t však může existovat ). Obvykle se termín "quarkonia" používá pouze ve vztahu k těžkým příchutím, tedy mezonům tvořeným těžkými kvarky ( c , b , t ). To je způsobeno skutečností, že fyzikální stavy lehkých kvarků ( u , d a s ) pozorované v experimentu jsou kvantově mechanické superpozice všech příchutí. Velký rozdíl v hmotnostech kvarků charmed ( с ) a beauty ( b ) s lehkými příchutěmi vede k tomu, že stavy prvních kvarků jsou dobře popsány z hlediska párů kvark-antikvark stejné příchuti.

Charmonium uvádí

V uvedené tabulce lze stejné částice pojmenovat pomocí spektroskopické notace nebo uvedením jejich hmotnosti. V některých případech se používá řada buzení: Ψ′  je první buzení Ψ (historicky se tento stav nazývá J / ψ ), Ψ″  je druhá excitace atd.

Některé stavy jsou předpovězeny, ale dosud nebyly objeveny; ostatní nejsou potvrzeny. Kvantová čísla částice X(3872) nejsou známa a o její struktuře se diskutuje. To může být:

V roce 2005 experiment BaBar oznámil objev nového stavu Y(4260) [2] [3] . Jeho existenci potvrdily i experimenty CLEO a Belle. Původně se předpokládalo, že jde o stav charmonia, nicméně existují důkazy o exotičtější povaze této částice, jako je molekula D-mezonu , 4-kvarkový systém nebo hybridní mezon.

Termín n 2 S + 1 L J I G ( J P C ) Částice Hmotnost (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 ) nebo 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

Poznámky:

* Vyžaduje potvrzení. † Předpovězeno, ale dosud neobjeveno. † Interpretováno jako stav charmonia 1 −− .

Státy Bottomonie

V uvedené tabulce lze stejné částice pojmenovat pomocí spektroskopické notace nebo uvedením jejich hmotnosti.

Některé stavy jsou předpovězeny, ale dosud nebyly objeveny; ostatní nejsou potvrzeny.

Termín n 2 S + 1 L J I G ( J P C ) Částice Hmotnost (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 ) nebo Υ (10580) 10579,4±1,2
5³S 1 0 − (1 −− ) Y ( 10860 ) 10865±8
6³S 1 0 − (1 −− ) Y (11020) 11019±8

poznámky :

* Předběžný výsledek, vyžaduje se potvrzení.

Quarkonia v QCD

Výpočty vlastností mezonů v kvantové chromodynamice (QCD) jsou nerušivé. Jedinou dostupnou obecnou metodou proto zůstává přímý výpočet pomocí QCD na mřížce . Existují však i jiné metody, které jsou také účinné pro těžké quarkonium.

Lehké kvarky v mezonu se pohybují relativistickou rychlostí, protože hmotnost jejich vázaného stavu je mnohem větší než hmotnosti samotných kvarků tvořících součást. Ale rychlost očarovaných a beauty kvarků v odpovídajících stavech quarkonia je mnohem nižší a relativistické efekty takové stavy ovlivňují v menší míře. Odhady těchto rychlostí v dávají asi 0,3 rychlosti světla pro charmonium a 0,1 pro bottomonium. Výpočty takových stavů lze tedy provádět rozšířením mocnin malého parametru v/c . Tato metoda se nazývá nerelativistická QCD (NRQCD).

Nerelativistická QCD je také kvantována jako teorie mřížkového měřidla , což umožňuje ještě jeden přístup k použití ve výpočtech mřížky QCD. Byla tedy získána dobrá shoda s experimentem, pokud jde o hmotnosti bottomonia, a to je jeden z nejlepších důkazů platnosti metody mřížkové QCD. U šarmoniových hmot není shoda tak dobrá, ale vědci pracují na vylepšení této metody. Probíhají také práce ve směru výpočtu takových vlastností, jako jsou šířky stavů kvarkonia a pravděpodobnosti přechodu mezi stavy.

Další historicky raná, ale stále účinná metoda používá model efektivního potenciálu k výpočtu hmotností stavů kvarkonia. Předpokládá se, že kvarky, které tvoří quarkonium, se pohybují nerelativistickými rychlostmi ve statickém potenciálu, podobně jako to dělá elektron v nerelativistickém modelu atomu vodíku . Jeden z nejoblíbenějších modelových potenciálů se nazývá Cornellův potenciál:

kde r  je efektivní poloměr vázaného stavu, aab jsou některé  parametry. Tento potenciál má dvě části. První, a/r , odpovídá potenciálu vytvořenému výměnou jednoho gluonu mezi kvarkem a antikvarkem a nazývá se coulombovská část, protože opakuje tvar coulombovského potenciálu elektromagnetického pole , rovněž úměrný 1. / r . Druhá část, br , odpovídá efektu omezení kvarku . Obvykle se při použití tohoto přístupu vezme vhodná forma kvarkové vlnové funkce a parametry a a b se určí přizpůsobením experimentálně naměřeným hodnotám hmotností kvarkonií. Relativistické a další efekty lze vzít v úvahu přidáním dalších členů k potenciálu, stejně jako se to dělá pro atom vodíku v nerelativistické kvantové mechanice.

Tato druhá metoda nemá kvalitativní teoretické zdůvodnění, ale je velmi populární, protože umožňuje poměrně přesně předpovídat parametry kvarkonia, vyhnout se zdlouhavým výpočtům mřížky a také odděluje vliv Coulombova potenciálu krátkého dosahu a dlouhého dosahu. omezující efekt. To se ukázalo být užitečné pro pochopení povahy sil mezi kvarkem a antikvarkem v QCD.

Význam

Studium quarkonia je zajímavé z hlediska stanovení parametrů interakce kvark- gluon . Mezony se snáze studují, protože se skládají pouze ze dvou kvarků, a quarkonia se pro tento účel nejlépe hodí kvůli své symetrii.

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Přípona -onium ( -onium ) se používá k označení spřažených systémů sestávajících z částice a příslušné antičástice; někdy se pro takové systémy používá druhový termín onium .
  2. ↑ Nová částice objevená experimentem BaBar . Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (6. července 2005). Získáno 6. března 2010. Archivováno z originálu dne 11. března 2012.
  3. ↑ B. Aubert a kol. ( Spolupráce BaBar ). Pozorování široké struktury v hmotnostním spektru π + π − J/ψ kolem 4,26 GeV/c2 (2005). Získáno 29. dubna 2010. Archivováno z originálu 18. ledna 2016.
  4. ↑ Patrignani C. a kol. (Skupina dat částic) . 2016 Přehled částicové fyziky. , Chin. Phys. C, 40, 100 001 (2016). [https://web.archive.org/web/20161213201506/http://pdglive.lbl.gov/ParticleGroup.action?node=MXXX025&init= Archivováno 13. prosince 2016 ve Wayback Machine Archivováno 13. prosince 2016 na Waybacku Stroj c c MESONS]
  5. ↑ Nová částice objevená v CERNu, která zpřesní kvarkový model . www.inp.nsk.su Staženo 28. února 2019. Archivováno z originálu 28. února 2019.
  6. ↑ Patrignani C. a kol. (Skupina dat částic) . 2016 Přehled částicové fyziky. , Chin. Phys. C, 40, 100 001 (2016). [https://web.archive.org/web/20161213201723/http://pdglive.lbl.gov/ParticleGroup.action?node=MXXX030&init= Archivováno 13. prosince 2016 na Wayback Machine Archivováno 13. prosince 2016 na Waybacky Stroj b b MESONS]

Literatura