Кварконій

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Кварконій (від quark + onium, у множині «quarkonia») у фізиці частинок позначає аромат мезонів, чиїми компонентами є кварк і власний антикварк. Приклади кварконія є J/ψ-мезон; мезон (чармонія cc) і Y-мезон (боттомонія, bb). Реально зв'язаний стан t-кварка і антикварка — топоній, або тета-мезон — не існують, оскільки t-кварк розпадається шляхом слабкої взаємодії швидше, ніж може сформулюватися зв'язаний стан(але може існувати віртуальна пара tt). Зазвичай кварконій відносять до важких ароматів. Це пов'язано з тим, що фізичні стани легких кварків (u, d, s), які спостерігаються в експериментах(η, η′, і π0 мезони), являють собою квантово-механічну суперпозицію всіх ароматів. Набагато більші масові відмінності чарівного і красивого кварків і легких ароматів призводять до того, що стан перших добре описуються в термінах одного кварк-антикваркових пар одного аромату.

Стан чармонія[ред.ред. код]

Див. також: J/ψ-мезон

У наступній таблиці, одні і ті ж частинки можуть бути названі з використанням спектроскопічної нотації чи шляхом вказання їхніх мас. У деяких випадках використовуються серії збуджень: Ψ'є першим збудження Ψ (в силу історичних причин, ця називається J/ψ частки); Ψ"є другою збудження, і так далі.

Деякі стани є передбачуваними, але досі не знайдені; інші не підтверджені. Квантові числа частинки X (3872) невідомі, з приводу її структури йде дискусія. Це може бути:

  • кандидат в стані 11D2;
  • гібридний стан чармонія;
  • молекула .

У 2005 році в експерименті BaBar оголосили про відкриття нового стану Y (4260)[1][2].Експерименти CLEO і Belle також підтвердили його існування. Спочатку вважалося, що цей стан чармонія, проте є свідчення більш екзотичної природи цієї частки, наприклад молекула D-мезонів, система 4-х кварків або гібридний мезон.

Терм n2S + 1LJ IG(JPC) Частинка Маса (МеВ/c²) [1]
11S0 0+(0−+) ηc(1S) 2980,3 ± 1,2
1³S1 0(1−−) J/ψ(1S) 3096,916 ± 0,011
11P1 0(1+−) hc(1P) 3525,93 ± 0,27
1³P0 0+(0++) χc0(1P) 3414,75 ± 0,31
1³P1 0+(1++) χc1(1P) 3510,66 ± 0,07
1³P2 0+(2++) χc2(1P) 3556,20 ± 0,09
21S0 0+(0−+) ηc(2S) или η′c 3637 ± 4
2³S1 0(1−−) ψ(3686) 3686,09 ± 0,04
11D2 0+(2−+) ηc2(1D)
1³D1 0(1−−) ψ(3770) 3772,92 ± 0,35
1³D2 0(2−−) ψ2(1D)
1³D3 0(3−−) ψ3(1D)
21P1 0(1+−) hc(2P)
2³P0 0+(0++) χc0(2P)
2³P1 0+(1++) χc1(2P)
2³P2 0+(2++) χc2(2P)
 ???? 0?(??) X(3872) 3872,2 ± 0,8
 ????  ??(1−−) Y(4260) 4260+8−9

Примітки:

     * Вимагає підтвердження.
     Передбачений, але поки не виявлений.
     Інтерпретується як стан чармонія  1−−.

Стан боттомонія[ред.ред. код]

Див. також: Іпсилон-мезон

У наступній таблиці, одні і ті ж частинки можуть бути названі з використанням спектроскопічної нотації чи шляхом вказання їхніх мас.

Деякі стани передбачені, але досі не знайдені; інші не підтверджені.

Терм n2S + 1LJ IG(JPC) Частинка Маса (МеВ/c²) [2]
11S0 0+(0−+) ηb(1S) 9388,9+3,1−2,3
1³S1 0(1−−) Υ(1S) 9460,30 ± 0,26
11P1 0(1+−) hb(1P)
1³P0 0+(0++) χb0(1P) 9859,44 ± 0,52
1³P1 0+(1++) χb1(1P) 9892,76 ± 0,40
1³P2 0+(2++) χb2(1P) 9912,21 ± 0,40
21S0 0+(0−+) ηb(2S)
2³S1 0(1−−) Υ(2S) 10023,26 ± 0,31
11D2 0+(2−+) ηb2(1D)
1³D1 0(1−−) Υ(1D) 10161,1 ± 1,7
1³D2 0(2−−) Υ2(1D)
1³D3 0(3−−) Υ3(1D)
21P1 0(1+−) hb(2P)
2³P0 0+(0++) χb0(2P) 10232,5 ± 0,6
2³P1 0+(1++) χb1(2P) 10255,46 ± 0,55
2³P2 0+(2++) χb2(2P) 10268,65 ± 0,55
3³S1 0(1−−) Υ(3S) 10355,2 ± 0,5
4³S1 0(1−−) Υ(4S) или Υ(10580) 10579,4 ± 1,2
5³S1 0(1−−) Υ(10860) 10865 ± 8
6³S1 0(1−−) Υ(11020) 11019 ± 8

Примітка:

* Попередній результат, потребує підтвердження .

χb (3P) перша частинка виявлена у Великому адронному колайдері. У статті про це відкриття було вперше представлене arXiv 21 грудня 2011.[3][4]

Кварконій в КХД[ред.ред. код]

Розрахунки властивостей мезонів в квантовій хромодинаміці (КХД) носять непертурбативний характер. Тому єдиним доступним загальним методом залишається прямий розрахунок з використанням КХД на решітці. Однак існують і інші методи, також ефективні стосовно до важкого кварконію. Легкі кварки в мезона рухаються з релятивістськими швидкостями, оскільки маса їх зв'язаного стану багато більше мас самих складових кварків. Але швидкість зачарованого і чарівного кварків у відповідних станах кварконія істотно менше, і релятивістські ефекти зачіпають такі стани у меншій мірі. Оцінки цих швидкостей v дають близько 0,3 швидкості світла для чармонія і 0,1 для боттомонія. Таким чином розрахунки таких станів можуть проводитися шляхом розкладання за ступенями малого параметра v/c. Цей метод отримав назву нерелятивістської КХД (non-relativistic QCD — NRQCD).

Нерелятивістська КХД також квантується як калібрувальна теорія на решітці, що дозволяє використовувати ще один підхід в розрахунках КХД на решітці. Таким чином було отримано узгодження з експериментом у значенні мас боттомонія, і це є одним з найкращих свідчень спроможності методу КХД на решітці. Для мас чармонія узгодження не таке добре, але вчені працюють над поліпшенням даного методу. Також ведеться робота в напрямку обчислень таких властивостей, як ширини станів кварконія і ймовірності переходу між станами.

Ще один історично ранній, але досі ефективний метод, який використовує модель ефективного потенціалу для розрахунку мас станів кварконія. Передбачається, що кварки, які є складовими кварконія, рухаються з нерелятивістськими швидкостями в статичному потенціалі, подібно до того, як це відбувається з електроном в нерелятивістської моделі атома водню. Один з найбільш популярних модельних потенціалів носить назву потенціалу Корнелла:

[5]

де r — ефективний радіус зв'язаного стану, a і b — деякі параметри. Такий потенціал складається з двох частин. Перша, a / r , відповідає потенціалу, створюваному одноглюонним обміном між кварком і антикварком, і називається кулонівською частинкою, оскільки повторює вид кулонівського потенціалу електромагнітного поля, також пропорційного 1 / r . Друга частина, br , відповідає ефекту конфайнмента кварків. Зазвичай при використанні даного підходу береться зручна форма хвильової функції кварків, а параметри a і b визначаються шляхом підгонки до експериментально виміряних значень мас кварконіїв. Релятивістські та інші ефекти можуть бути враховані шляхом додавання додаткових членів до потенціалу, подібно до того, як це робиться для атома водню в нерелятивістської квантовій механіці.

Останній метод не має якісного теоретичного обґрунтування, проте вельми популярний, оскільки дозволяє досить точно передбачати параметри кварконія, уникаючи тривалих обчислень на решітці, а також поділяє вплив короткодіючого кулонівського потенціалу та дальнодіючого ефекту конфайнмента. Це виявляється корисно для розуміння характеру сил між кварком і антикварком в КХД.

Значення[ред.ред. код]

Вивчення кварконія являє собою інтерес з точки зору певних параметрів кварк-глюонної взаємодії. Мезони легші для вивчення, так як складаються тільки з 2 кварків, а кварконій для цих цілей підходить краще через симетричність.

Див. також[ред.ред. код]

Примітка[ред.ред. код]

  1. A new particle discovered by BaBar experiment. Istituto Nazionale di Fisica Nucleare. 6 July 2005. Процитовано 2010-03-06. 
  2. B. Aubert et al. (BaBar Collaboration) (2005). Observation of a broad structure in the π+πJ/ψ mass spectrum around 4.26 GeV/c2. Physical Review Letters 95 (14). с. 142001. arXiv:hep-ex/0506081. Bibcode:2005PhRvL..95n2001A. doi:10.1103/PhysRevLett.95.142001. 
  3. ATLAS Collaboration (2012). «Observation of a new χ
    b
    state in radiative transitions to Шаблон:Subatomic particle(1S) and Шаблон:Subatomic particle(2S) at ATLAS». arXiv:1112.5154v4 [hep-ex].
     
  4. Jonathan Amos (2011-12-22). LHC reports discovery of its first new particle. BBC. 
  5. Hee Sok Chung; Jungil Lee; Daekyoung Kang (2008). Cornell Potential Parameters for S-wave Heavy Quarkonia. Journal of the Korean Physical Society 52 (4). с. 1151. arXiv:0803.3116. Bibcode:2008JKPS...52.1151C. doi:10.3938/jkps.52.1151.