Quarkonia

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 6 octombrie 2019; verificările necesită 5 modificări .

Quarkonia  este un tip de mezon format dintr-un quarc și un antiquarc de aceeași aromă [1] . Exemple de astfel de particule sunt mesonul J/ψ ( c c , starea charmonium vezi mai jos ) și mezonul ϒ ( b b , starea bottomonium vezi mai jos ). Starea reală legată a cuarcului t și a antiquarcului - toponiu sau mezon theta  - nu există, deoarece cuarcul t se descompune prin interacțiune slabă înainte de a putea forma o stare legată (cu toate acestea, o pereche virtuală t t poate exista ). De obicei, termenul „quarkonia” este folosit numai în legătură cu arome grele, adică mezoni formați din quarci grei ( c , b , t ). Acest lucru se datorează faptului că stările fizice ale cuarcilor de lumină ( u , d și s ) observate în experiment sunt suprapuneri mecanice cuantice ale tuturor aromelor. Diferența mare a maselor de quarcs charmed ( с ) și beauty ( b ) cu arome ușoare duce la faptul că stările primilor sunt bine descrise în termeni de perechi quark-antiquark de aceeași aromă.

Charmonium afirmă

În tabelul prezentat, aceleași particule pot fi denumite folosind notația spectroscopică sau indicând masa lor. În unele cazuri, se utilizează o serie de excitații: Ψ′  este prima excitație Ψ (istoric această stare se numește J / ψ ), Ψ″  este a doua excitație etc.

Unele stări sunt prezise, ​​dar nu au fost încă descoperite; altele nu sunt confirmate. Numerele cuantice ale particulei X(3872) sunt necunoscute și există o discuție despre structura acesteia. Ar putea fi:

În 2005, experimentul BaBar a anunțat descoperirea unei noi stări, Y(4260) [2] [3] . Experimentele CLEO și Belle au confirmat și ele existența acestuia. Inițial se credea că este o stare de charmonium, totuși există dovezi ale unei naturi mai exotice a acestei particule, cum ar fi o moleculă de D-mezon , un sistem cu 4 quarci sau un mezon hibrid.

Termenul n 2 S + 1 L J I G ( J P C ) Particulă Masa (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 ) sau 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

Note:

* Necesită confirmare. † Prevăzut, dar încă nedescoperit. † Interpretat ca starea charmonium 1 −− .

Bottomonia afirmă

În tabelul prezentat, aceleași particule pot fi denumite folosind notația spectroscopică sau indicând masa lor.

Unele stări sunt prezise, ​​dar nu au fost încă descoperite; altele nu sunt confirmate.

Termenul n 2 S + 1 L J I G ( J P C ) Particulă Masa (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 ) sau Υ (10580) 10579,4±1,2
5³S 1 0 − (1 −− ) Y ( 10860 ) 10865±8
6³S 1 0 − (1 −− ) Y (11020) 11019±8

Note :

* Rezultat preliminar, este necesară confirmarea.

Quarkonia în QCD

Calculele proprietăților mezonilor în cromodinamica cuantică (QCD) sunt neperturbative. Prin urmare, singura metodă generală disponibilă rămâne un calcul direct folosind QCD pe o rețea . Cu toate acestea, există și alte metode care sunt eficiente și pentru cuarconiul greu.

Cuarcii de lumină din mezon se mișcă cu viteze relativiste , deoarece masa stării lor legate este mult mai mare decât masele cuarcilor constituenți înșiși. Dar viteza quarcilor fermecat și frumuseții în stările corespunzătoare ale quarkoniei este mult mai mică, iar efectele relativiste afectează astfel de stări într-o măsură mai mică. Estimările acestor viteze v dau aproximativ 0,3 viteza luminii pentru charmonium și 0,1 pentru bottomonium. Astfel, calculele unor astfel de stări pot fi efectuate prin extinderea puterilor parametrului mic v/c . Această metodă se numește QCD non-relativistă (NRQCD).

QCD non-relativistă este, de asemenea, cuantificată ca o teorie lattice gauge , ceea ce permite o altă abordare să fie utilizată în calculele lattice QCD. Astfel, s-a obținut un acord bun cu experimentul în ceea ce privește masele de bottomoniu, iar aceasta este una dintre cele mai bune dovezi pentru validitatea metodei QCD latice. Pentru masele de charmonium, acordul nu este la fel de bun, dar oamenii de știință lucrează pentru a îmbunătăți această metodă. De asemenea, se lucrează în direcția calculării unor proprietăți precum lățimea stărilor de cuarconiu și probabilitățile de tranziție între stări.

O altă metodă timpurie din punct de vedere istoric, dar încă eficientă, utilizează modelul potențial efectiv pentru a calcula masele stărilor de cuarconiu. Se presupune că quarkurile care alcătuiesc cuarconiul se mișcă la viteze non-relatistice într-un potențial static, similar cu modul în care se face un electron în modelul non-relativist al atomului de hidrogen . Unul dintre cele mai populare potențiale de model se numește potențialul Cornell:

unde r  este raza efectivă a stării legate, a și b  sunt câțiva parametri. Acest potențial are două părți. Primul, a/r , corespunde potențialului creat de un schimb de un gluon între un cuarc și un antiquarc și se numește partea Coulomb, deoarece repetă forma potențialului Coulomb al câmpului electromagnetic , de asemenea proporțional cu 1. / r . Cea de-a doua parte, br , corespunde efectului de confinare cu quark . De obicei, atunci când se utilizează această abordare, se ia o formă convenabilă a funcției de undă de cuarc, iar parametrii a și b sunt determinați prin potrivirea la valorile măsurate experimental ale maselor de cuarconii. Efectele relativiste și de altă natură pot fi luate în considerare prin adăugarea de termeni suplimentari la potențial, așa cum se face pentru atomul de hidrogen în mecanica cuantică nonrelatistă.

Această din urmă metodă nu are o fundamentare teoretică calitativă, dar este foarte populară, deoarece permite prezicerea destul de precisă a parametrilor cuarconiului, evitând calculele lungi ale rețelei și, de asemenea, separă influența potențialului Coulomb cu rază scurtă de acțiune și cea lungă. efect de izolare. Acest lucru se dovedește a fi util pentru înțelegerea naturii forțelor dintre un quarc și un antiquarc în QCD.

Înțeles

Studiul quarkoniei este de interes din punctul de vedere al determinării parametrilor interacțiunii quark- gluon . Mezonii sunt mai ușor de studiat, deoarece sunt formați din doar doi quarci, iar quarkonia este cel mai potrivită pentru acest scop datorită simetriei sale.

Vezi și

Note

  1. ↑ Sufixul -onium ( -onium ) este folosit pentru a desemna sisteme cuplate formate dintr-o particulă și antiparticulă corespunzătoare; uneori termenul generic oniu este folosit pentru astfel de sisteme .
  2. ↑ O nouă particulă descoperită de experimentul BaBar . Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (6 iulie 2005). Preluat la 6 martie 2010. Arhivat din original la 11 martie 2012.
  3. ↑ B. Aubert și colab. ( Colaborare BaBar ). Observarea unei structuri largi în spectrul de masă π + π − J/ψ în jurul valorii de 4,26 GeV/c2 (2005). Consultat la 29 aprilie 2010. Arhivat din original pe 18 ianuarie 2016.
  4. ↑ Patrignani C. și colab. (Grup de date despre particule) . Revizuirea 2016 a fizicii particulelor. , Bărbie. Fiz. C, 40, 100001 (2016). [https://web.archive.org/web/20161213201506/http://pdglive.lbl.gov/ParticleGroup.action?node=MXXX025&init= Arhivat 13 decembrie 2016 la Wayback Machine Arhivat 13 decembrie 2016 la Wayback Mașină c c MESONS]
  5. ↑ O nouă particulă descoperită la CERN care va rafina modelul cuarcului . www.inp.nsk.su Consultat la 28 februarie 2019. Arhivat din original pe 28 februarie 2019.
  6. ↑ Patrignani C. și colab. (Grup de date despre particule) . Revizuirea 2016 a fizicii particulelor. , Bărbie. Fiz. C, 40, 100001 (2016). [https://web.archive.org/web/20161213201723/http://pdglive.lbl.gov/ParticleGroup.action?node=MXXX030&init= Arhivat 13 decembrie 2016 la Wayback Machine Arhivat 13 decembrie 2016 la Wayback Mașină b b MESONS]

Literatură