Мезон

З пляцоўкі Вікіпедыя
(Пасля перасылкі з Мезоны)
Jump to navigation Jump to search

Мезон (ад стар.-грэч.: μέσος — 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.

МезонМезонБарыёнНуклонКваркЛептонЭлектронАдронАтамМалекулаФатонW- і Z-базоныГлюонГравітонЭлектрамагнітнае ўзаемадзеяннеСлабае ўзаемадзеяннеМоцнае ўзаемадзеяннеГравітацыяКвантавая электрадынамікаКвантавая хромадынамікаКвантавая гравітацыяЭлектраслабае ўзаемадзеяннеТэорыя Вялікага аб’яднанняТэорыя ўсягоЭлементарная часціцаРэчываБазон Хігса
Кароткі агляд розных сямействаў элементарных і састаўных часціц, і тэорыі, якія апісваюць іх узаемадзеянні. Ферміёны злева, Базоны справа. (на пункты на карцінцы можна націскаць)

Прадказанне і выяўленне[правіць | правіць зыходнік]

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 , ні парай 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[правіць | правіць зыходнік]

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[правіць | правіць зыходнік]

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 S і сумарным арбітальным вуглавым момантам L. Мезон складзены з двух кваркаў з s = 1/2, таму сумарны спін можа быць толькі S = 1 (паралельныя спіны) або S = 0 (антыпаралельныя спіны). Арбітальнае квантавы лік L зʼяўляецца за кошт кручэння аднаго кварка вакол іншага. Звычайна большы арбітальны момант выяўляецца ў выглядзе большай масы мезона. Гэтыя дзве квантавыя лікі вызначаюць цотнасць P і (для нейтральных мезонаў) зарадава-спалучаную цотнасць C мезоны:

P = (−1)L+1
C = (−1)L+S

Таксама L і S складаюцца ў поўны вуглавы момант J , які можа прымаць значэнні ад | L S | да L + S з крокам адзінка. Магчымыя камбінацыі апісваюць знакам (тэрмам) 2 S + 1 L J (замест лічбавага значэння L ужываюць літарны код, гл. спектраскапічныя сімвалы) і сімвалам J PC (для абазначэння ўжываюць толькі знак P і C ).

Магчымыя камбінацыі і адпаведныя абазначэння мезонаў пададзены ў табліцы:

JPC = (0, 2…)− + (1, 3…)+ − (1,2…)− − (0, 1…)+ +
Кваркавы склад 2S+1LJ = * 1(S, D, …)J 1(P, F, …)J ³(S, D, …)J ³(P, F, …)J
I = 1 π b ρ a
I = 0 η, η’ h, h’ φ, ω f, f’
I = 0 ηc hc ψ χc
I = 0 ηb hb Υ ** χb

Заўвагі:

*Некаторыя камбінацыі забароненыя: 0  — — , 0 + — , 1  — + , 2 + — , 3  — +
Першы шэраг утворыць ізаспінавы трыплет: π , π 0 ;, π + і г. д.
Другі шэраг змяшчае пары часціц: φ мяркуецца станам , а ω — станам . У іншых выпадках дакладны склад невядомы, так што выкарыстоўваецца штрых для адрознення двух формаў.
З гістарычных прычын, 1³ S1 форма ψ называецца J / ψ.
**Сімвалам стану ботаніўм зʼяўляецца загалоўны іпсілон Υ (у залежнасці ад браўзера можа адлюстроўвацца як загалоўная Y).

Нармальныя спін-цотныя паслядоўнасці фарміруюцца мезонамі, у якіх P = (-1) J . У нармальнай паслядоўнасці S = 1, так што PC = + 1 (гэта значыць P = C ). 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 J P = 0  — вядомыя як псеўдаскаляры , а мезоны з J P = 1  — называюцца вектарамі . Для астатніх часціц лік J дадаецца ў выглядзе ніжняга індэксу: a 0 , a 1 , χ c1 і т. д.
  • Для большасці ψ, Υ і χ станаў звычайна дадаюць да пазначэння спектраскапічную інфармацыю: Υ (1 S), Υ (2 S). Першая лічба — гэта галоўны квантавы лік, а літара з'яўляецца спектраскапічным пазначэннем L . Мультыплетнасть апускаецца, бо яна вынікае з літары, да таго ж J пры неабходнасці пішуць у выглядзе ніжняга індэксу: χ b2 (1P ). Калі спектраскапічная інфармацыя недаступная, замест яе ўжываецца маса: Υ (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 J PC = 0  — - , 0 + — , 1  — + , 2 + — , 3  — + ,… ужываюць тыя самыя абазначэнні, што і для мезонаў з ідэнтычнымі лікамі J P, за выключэннем дабаўкі ніжняга індэксу J. Мезоны з ізаспінам 0 і J PC = 1  — + абазначаюць як ω 1. Калі квантавыя лікі часціцы невядомыя, яе абазначаюць як X з указаннем масы ў дужках.

Мезоны з водарам[правіць | правіць зыходнік]

Для мезонаў з водарам схема назваў трохі прасцей.

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

кварк сімвал кварк сімвал
c D t T
s b
Трэба адзначыць, што з s- і b-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 u мае дадатную праекцыю ізаспіна I 3 і зарад, а кварк d мае адмоўныя I 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 u і d), то яго наяўнасць пазначаюць у выглядзе ніжняга індэкса (s, c або b і, тэарэтычна, t).

3. Калі мезон належыць нармальнай спін-цотнай паслядоўнасці, то-бок JP = 0 + , 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 J.

У выніку атрымаем:

Кваркавы склад ізаспін JP = 0, 1+, 2 JP = 0+, 1, 2+
1/2
1/2
0
1/2
0
0
J апушчаны для 0 and 1.

Часам часціцы могуць змешвацца. Напрыклад, нейтральны каон і яго антычасціца 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 з PC = +1, які звычайна распадаецца на два піоны (π0π0 або π+π), і доўгажывучы нейтральны каон з PC = −1, які звычайна распадаецца або на тры піоны, або на піон, электрон (або мюон) і нейтрына[1]

Табліца некаторых мезонаў[правіць | правіць зыходнік]

Розныя тыпы мезонаў (не ўсе)
Часціца Абазначэнне Анты-
часціца
Склад Маса
МэВ/c²
S C B час жыцця
с
Піон π+ π 139,6 0 0 0 2,60×10−8
π0 135,0 0 0 0 0,84×10−16
Каон K+ K 493,7 +1 0 0 1,24×10−8
497,7 +1 0 0 0,89×10−10
497,7 +1 0 0 5,2×10−8
Эта η0 547,8 0 0 0 0,5×10−18
Ро ρ+ ρ 776 0 0 0 0,4×10−23
Фі φ 1019 0 0 0 16×10−23
D D+ D 1869 0 +1 0 10,6×10−13
D0 1865 0 +1 0 4,1×10−13
1968 +1 +1 0 4,9×10−13
J J 3096,9 0 0 0 7,2×10−21
B B B+ 5279 0 0 −1 1,7×10−12
B0 5279 0 0 −1 1,5×10−12
Іпсілон Υ 9460 0 0 0 1,3×10−20

Зноскі

  1. Kaon Physics / Ed. by J. L. Rosner and B. D. Winstein — University of Chicago Press, 2001. — С. 3-4,15. — 624 с. — ISBN 0-226-90228-5.

Спасылкі[правіць | правіць зыходнік]

Лагатып Вікіслоўнікі