Quarkonia

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 6. lokakuuta 2019 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 5 muokkausta .

Quarkonia  on mesonin tyyppi, joka koostuu kvarkista ja antikvarkista , joilla on sama maku [1] . Esimerkkejä tällaisista hiukkasista ovat J/ψ - mesoni ( c c , charmonium-tila , katso alla ) ja ϒ - mesoni ( b b , bottomonium-tila , katso alla ). T-kvarkin ja antikvarkin todellista sidottua tilaa - toponiumia eli theta -mesonia  - ei ole olemassa, koska t-kvarkki hajoaa heikon vuorovaikutuksen seurauksena ennen kuin se ehtii muodostaa sidotun tilan (virtuaalinen pari t t voi kuitenkin olla olemassa ). Yleensä termiä "kvarkonia" käytetään vain suhteessa raskaisiin makuihin, toisin sanoen raskaiden kvarkkien ( c , b , t ) muodostamiin mesoneihin. Tämä johtuu siitä, että kokeessa havaitut kevyiden kvarkkien ( u , d ja s ) fysikaaliset tilat ovat kaikkien makujen kvanttimekaanisia superpositioita. Suuri ero hurmattujen ( с ) ja kauneus ( b ) kevyiden makuisten kvarkkien massoissa johtaa siihen, että edellisten tilat kuvataan hyvin samanmakuisten kvarkki-antikvarkki-parien avulla.

Charmonium valtioita

Esitetyssä taulukossa samat hiukkaset voidaan nimetä spektroskooppisella merkinnällä tai ilmoittamalla niiden massa. Joissakin tapauksissa käytetään sarja herätteitä: Ψ′  on ensimmäinen heräte Ψ (historiallisesti tätä tilaa kutsutaan nimellä J / ψ ), Ψ″  on toinen heräte jne.

Jotkut tilat on ennustettu, mutta niitä ei ole vielä löydetty; muita ei ole vahvistettu. X(3872) -hiukkasen kvanttiluvut ovat tuntemattomia, ja sen rakenteesta käydään keskustelua. Se voisi olla:

Vuonna 2005 BaBar-koe ilmoitti uuden tilan, Y(4260) [2] [3] löytämisestä . CLEO- ja Belle- kokeet vahvistivat myös sen olemassaolon. Alunperin sen ajateltiin olevan charmonium-tila, mutta on olemassa todisteita tämän hiukkasen eksoottisemmasta luonteesta, kuten D-mesonimolekyylistä , 4-kvarkkijärjestelmästä tai hybridimesonista.

Termi n 2 S + 1 L J I G ( J PC ) _ Hiukkanen Massa (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 ) tai 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

Huomautuksia:

* Vaatii vahvistuksen. † Ennustettu, mutta ei vielä löydetty. † Tulkitaan charmonium-tilaksi 1 −− .

Bottomonian osavaltiot

Esitetyssä taulukossa samat hiukkaset voidaan nimetä spektroskooppisella merkinnällä tai ilmoittamalla niiden massa.

Jotkut tilat on ennustettu, mutta niitä ei ole vielä löydetty; muita ei ole vahvistettu.

Termi n 2 S + 1 L J I G ( J PC ) _ Hiukkanen Massa (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 ) tai Υ (10580) 10579,4±1,2
5³S 1 0 − (1 −− ) Y ( 10860 ) 10865±8
6³S 1 0 − (1 −− ) Y (11020) 11019±8

Huomautuksia :

* Alustava tulos, vahvistus vaaditaan.

Quarkonia QCD :ssä

Mesonien ominaisuuksien laskelmat kvanttikromodynamiikassa (QCD) eivät ole häiritseviä. Siksi ainoa käytettävissä oleva yleinen menetelmä on suora laskenta käyttäen QCD:tä hilassa . On kuitenkin olemassa muita menetelmiä, jotka ovat tehokkaita myös raskaalle kvarkoniumille.

Kevyet kvarkit liikkuvat mesonissa relativistisilla nopeuksilla, koska niiden sidotun tilan massa on paljon suurempi kuin itse kvarkkien massat. Mutta hurmattujen ja kauneuskvarkkien nopeus vastaavissa kvarkonian tiloissa on paljon pienempi, ja relativistiset vaikutukset vaikuttavat sellaisiin tiloihin vähemmässä määrin. Arviot näistä nopeuksista v antavat noin 0,3 valonnopeuden charmoniumille ja 0,1 bottomoniumille. Siten tällaisten tilojen laskelmat voidaan suorittaa laajentamalla pienen parametrin v/c tehoja . Tätä menetelmää kutsutaan ei-relativistiseksi QCD :ksi (NRQCD).

Ei- relativistinen QCD kvantisoidaan myös hilamittariteoriaksi , mikä mahdollistaa yhden toisen lähestymistavan käytön hila-QCD-laskelmissa. Näin saatiin hyvä sopivuus kokeen kanssa bottomoniummassan suhteen, ja tämä on yksi parhaista todisteista hila-QCD-menetelmän validiteetille. Charmoniummassalle sopimus ei ole yhtä hyvä, mutta tutkijat pyrkivät parantamaan tätä menetelmää. Työtä tehdään myös sellaisten ominaisuuksien, kuten kvarkoniumtilojen leveyksien ja tilojen välisten siirtymistodennäköisyyksien laskemiseksi.

Toinen historiallisesti varhainen, mutta silti tehokas menetelmä käyttää efektiivisen potentiaalin mallia kvarkoniumtilojen massojen laskemiseen. Oletetaan, että kvarkonit muodostavat kvarkit liikkuvat ei-relativistisilla nopeuksilla staattisessa potentiaalissa, samalla tavalla kuin elektroni vetyatomin ei-relativistisessa mallissa . Yksi suosituimmista mallimahdollisuuksista on nimeltään Cornell-potentiaali:

missä r  on sidotun tilan tehollinen säde, a ja b  ovat joitain parametreja. Tällä potentiaalilla on kaksi osaa. Ensimmäinen, a/r , vastaa potentiaalia, joka syntyy yhden gluonin vaihdosta kvarkin ja antikvarkin välillä, ja sitä kutsutaan Coulombin osaksi, koska se toistaa sähkömagneettisen kentän Coulombin potentiaalin muodon, joka on myös verrannollinen 1: een. / r . Toinen osa, br , vastaa kvarkkirajoitusefektiä . Yleensä tätä lähestymistapaa käytettäessä otetaan sopiva muoto kvarkkiaaltofunktiosta, ja parametrit a ja b määritetään sovittamalla kvarkonimassojen kokeellisesti mitattuihin arvoihin. Relativistiset ja muut vaikutukset voidaan ottaa huomioon lisäämällä potentiaaliin lisätermejä, aivan kuten se tehdään vetyatomille ei-relativistisessa kvanttimekaniikassa.

Jälkimmäisellä menetelmällä ei ole laadullista teoreettista perustetta, mutta se on erittäin suosittu, koska se mahdollistaa kvarkoniumin parametrien melko tarkasti ennustamisen, välttäen pitkiä hilalaskelmia ja erottaa myös lyhyen kantaman Coulombin potentiaalin ja pitkän kantaman vaikutuksen. sulkeva vaikutus. Tämä osoittautuu hyödylliseksi kvarkin ja antikvarkin välisten voimien luonteen ymmärtämiseksi QCD:ssä.

Merkitys

Kvarkonian tutkiminen on kiinnostavaa kvarkgluoni- vuorovaikutuksen parametrien määrittämisen kannalta. Mesoneja on helpompi tutkia, koska ne koostuvat vain kahdesta kvarkista ja kvarkonia soveltuu parhaiten tähän tarkoitukseen symmetrisyytensä vuoksi.

Katso myös

Muistiinpanot

  1. ↑ Suffiksia -onium ( -onium ) käytetään osoittamaan kytkettyjä järjestelmiä, jotka koostuvat partikkelista ja vastaavasta antihiukkasesta; joskus tällaisista järjestelmistä käytetään yleistermiä onium .
  2. ↑ BaBar-kokeessa löydetty uusi hiukkanen . Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (6. heinäkuuta 2005). Haettu 6. maaliskuuta 2010. Arkistoitu alkuperäisestä 11. maaliskuuta 2012.
  3. ↑ B. Aubert et ai. ( BaBar-yhteistyö ). Havainto laajasta rakenteesta massaspektrissä π + π − J/ψ noin 4,26 GeV/c2 (2005). Haettu 29. huhtikuuta 2010. Arkistoitu alkuperäisestä 18. tammikuuta 2016.
  4. ↑ Patrignani C. et ai. (Partikkelitietoryhmä) . Hiukkasfysiikan katsaus 2016. , Chin. Phys. C, 40, 100 001 (2016). [https://web.archive.org/web/20161213201506/http://pdglive.lbl.gov/ParticleGroup.action?node=MXXX025&init= Arkistoitu 13. joulukuuta 2016 Wayback Machinessa Arkistoitu 13. joulukuuta 2016 Waybackissa Kone c c MESONS]
  5. ↑ CERNistä löydetty uusi hiukkanen, joka jalostaa kvarkkimallia . www.inp.nsk.su Haettu 28. helmikuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 28. helmikuuta 2019.
  6. ↑ Patrignani C. et ai. (Partikkelitietoryhmä) . Hiukkasfysiikan katsaus 2016. , Chin. Phys. C, 40, 100 001 (2016). [https://web.archive.org/web/20161213201723/http://pdglive.lbl.gov/ParticleGroup.action?node=MXXX030&init= Arkistoitu 13. joulukuuta 2016 Wayback Machinessa Arkistoitu 13. joulukuuta 2016 Waybackissa Kone b b MESONS]

Kirjallisuus