Quarkonium

I partikelfysik , quarkonium (flertal: quarkonia) betegner de bundne tilstande for en kvark og dens anti kvark. Med andre ord er disse mesoner uden elektrisk ladning eller smag .

Bundne stater med tunge kvarker ( ) har deres egne navne: bundne stater kaldes Charmonium , bundne stater kaldes Bottomonium . Et bevis på det hypotetiske systemet toponium er yderst vanskeligt , hvis ikke umuligt, da dens dannelse tid er formentlig længere end levetiden for den øverste kvark , som er ekstremt kortvarig på grund af sin høje masse. ${\ displaystyle c, b, t \! \,}$${\ displaystyle c {\ bar {c}}}$${\ displaystyle b {\ bar {b}}}$ ${\ displaystyle t {\ bar {t}}}$${\ displaystyle t \! \,}$

Bundet kvark-antikvarktilstande for lette kvarker ( ) blandes kvantemekanisk på grund af den lille masseforskel - især med hinanden . Derfor kan mesoner dannet af dem ikke tildeles en enkelt type kvark. ${\ displaystyle u, d, s \! \,}$${\ displaystyle u {\ bar {u}}}$${\ displaystyle d {\ bar {d}}}$

nomenklatur

Kvantumtal og spektroskopiske stater

Navnet quarkonium er analogt med positronium , hvor en elektron og en positron er bundet til. Som med positronium er Quarkonia karakteriseret ved følgende kvantetal : ${\ displaystyle e ^ {+} e ^ {-} \! \,}$

• Hovedkvantumnummer ${\ displaystyle \, n = 1, \, 2 \ ,, 3 \, \ ldots}$
• Kobling af kvark- spins (numerisk værdi eller ) eller flerhed (numerisk værdi eller )${\ displaystyle S \! \,}$${\ displaystyle 0 \! \,}$${\ displaystyle 1 \! \,}$ ${\ displaystyle 2S + 1 \! \,}$${\ displaystyle 1 \! \,}$${\ displaystyle 3 \! \,}$
• Orbital vinkelmoment  og${\ displaystyle L \! \,}$
• Total vinkelmoment  (mulige værdier på grund af spin-kredsløbskoblingen )${\ displaystyle J \! \,}$${\ displaystyle J = L + S, L + S-1, \ prikker, | LS | \! \,}$ ${\ displaystyle {\ hat {J}} = {\ hat {L}} + {\ hat {S}}}$

orbital kantet puls ${\ displaystyle L \! \,}$	kode brev
0	S.
1	P.
2	D.
3	F.
4. plads	G
5	H
6.	JEG.
7.	K
...	...

i nomenklaturen ( betegnelsessymbol ) eller (spektroskopisk betegnelse), hvorved orbitalvinkelmomentet er  angivet med et stort bogstav (se tabel). ${\ displaystyle n ^ {2S + 1} L_ {J} \! \,}$${\ displaystyle nL \! \,}$${\ displaystyle L \! \,}$

Bemærk følgende forskel i navngivningen: Mens positronium nomenklaturen for nuklearfysik gælder for det primære kvantetal ( for antallet af noder for den radiale bølgefunktion , lille for orbitalmomentet ), ved hjælp af nomenklaturen for Quarkonium nuklearfysik med . Et 2 ³ P ₁ positronium svarer derfor til et 1 ³ P ₁ harmonium. ${\ displaystyle n = N + 1 + l \! \,}$${\ displaystyle N \! \,}$${\ displaystyle l \! \,}$${\ displaystyle n = N + 1 \! \,}$

Ud over det samlede vinkelmoment,  kun: ${\ displaystyle J \! \,}$

• den paritet  og${\ displaystyle P = (- 1) ^ {L + 1} \! \,}$
• den afgift konjugering  .${\ displaystyle C = (- 1) ^ {L + S} \! \,}$

Orbital vinkelmoment  og kvark-spin-kobling  kan udledes herfra. ${\ displaystyle L \! \,}$${\ displaystyle S \! \,}$

Mesoner

Den følgende nomenklatur gælder for mesoner dannet af disse stater

observeret: ${\ displaystyle J ^ {PC} \! \,}$	Orbital vinkelmoment ${\ displaystyle L \! \,}$	koblet spin ${\ displaystyle S \! \,}$	Total vinkelmoment ${\ displaystyle J \! \,}$	Grundtilstand ( ) ${\ displaystyle n ^ {2S + 1} L_ {J} \! \,}$	Blanding af og Isospin = 1 ${\ displaystyle u {\ bar {u}}}$${\ displaystyle d {\ bar {d}}}$	Blanding af , , isospin = 0 ${\ displaystyle u {\ bar {u}}}$${\ displaystyle d {\ bar {d}}}$${\ displaystyle s {\ bar {s}}}$	Charmonium ${\ displaystyle c {\ bar {c}}}$	Bottomonium ${\ displaystyle b {\ bar {b}}}$
${\ displaystyle J ^ {- +} \! \,}$	lige S, D, G, ... ${\ displaystyle \ Rightarrow}$	bare 0 ${\ displaystyle \ Rightarrow}$	0, 2, 4, ...	1 1 S 0	Pion ${\ displaystyle \ pi \! \,}$	η meson ${\ displaystyle \ eta, \ eta '\! \,}$	${\ displaystyle \ eta _ {c} \! \,}$	${\ displaystyle \ eta _ {b} \! \,}$
${\ displaystyle J ^ {-} \! \,}$		ulige 1 ${\ displaystyle \ Rightarrow}$	1, 2, 3, ...	1 3 S 1	Rho meson ${\ displaystyle \ rho \! \,}$	Omega meson , phi meson${\ displaystyle \ omega \! \,}$ ${\ displaystyle \ phi \! \,}$	${\ displaystyle \ psi \! \,}$	Y meson ${\ displaystyle \ Upsilon \! \,}$
${\ displaystyle J ^ {+ -} \! \,}$	ulige P, F, H, ... ${\ displaystyle \ Rightarrow}$	bare 0 ${\ displaystyle \ Rightarrow}$	1, 3, 5, ...	1 1 P 1	${\ displaystyle b \! \,}$	${\ displaystyle h, h '\! \,}$	${\ displaystyle h_ {c} \! \,}$	${\ displaystyle h_ {b} \! \,}$
${\ displaystyle J ^ {++} \! \,}$		ulige 1 ${\ displaystyle \ Rightarrow}$	0, 1, 2, ...	1 3 P 0	${\ displaystyle a \! \,}$	${\ displaystyle f, f '\! \,}$	${\ displaystyle \ chi _ {c} \! \,}$	${\ displaystyle \ chi _ {b} \! \,}$

1. ↑ historiske årsager 1 ^- jordstilstanden som J / ψ meson kaldte

• For mesoner dannet af tunge kvarker ( ) gives den spektroskopiske betegnelse ( ) også, hvis kendt - f.eks. B. samt et andet indeks - z. B .. Sidstnævnte er ikke nødvendigt, for da . Hvis en spektroskopisk opgave ikke er mulig på grund af mangel på data massen givet i MeV / c ² for en mere detaljeret beskrivelse , f.eks B ..${\ displaystyle c, b \! \,}$${\ displaystyle nL \! \,}$${\ displaystyle \ psi (2S) \! \,}$${\ displaystyle J \! \,}$${\ displaystyle \ chi _ {c1} (1P) \! \,}$${\ displaystyle L = 0 \! \,}$${\ displaystyle J = S \! \,}$${\ displaystyle \ psi (3770) \! \,}$
• Den spektroskopiske betegnelse bruges ikke til mesoner dannet af lette kvarker ( ); i stedet massen givet i MeV / c ² for en mere detaljeret beskrivelse .${\ displaystyle u, d, s \! \,}$
• Disse oplysninger kan udelades for de laveste stater - så og .${\ displaystyle \ eta _ {c} (1S) = \ eta _ {c} \! \,}$${\ displaystyle \ phi (1020) = \ phi \! \,}$

Opdaget kvarkoni

J PC	Term symbol n 2 S + 1 L J	Charmonium ${\ displaystyle c {\ bar {c}}}$		Bottomonium ${\ displaystyle b {\ bar {b}}}$
		Partikler	Masse (MeV / c 2 )	Partikler	Masse (MeV / c 2 )
0 - +	1 1 S 0	η c (1 S ) = η c	2983,9 ± 0,5	η b (1 S ) = η b	9399,0 ± 2,3
0 - +	2 1 S 0	η c (2 S ) = η c '	3637,6 ± 1,2	η b (2 S )
2 - +	1 1 D 2	η c (1 D ) †		η b (1 D ) †
1 −−	1 3 S 1	J / ψ (1 S ) = J / ψ	3096.900 ± 0,006	Υ (1 S ) = Υ	9460,30 ± 0,26
1 −−	2 3 S 1	ψ (2 S ) = ψ (3686)	3686,097 ± 0,025	Υ (2 S )	10.023,26 ± 0,31
1 −−	3 3 S 1			Υ (3 S )	10.355,2 ± 0,5
1 −−	4 3 S 1			Υ (4 S ) = Υ (10580)	10.579,4 ± 1.2
1 −−	5 3 S 1			Υ (5 S ) = Υ (10860)	10.889,9 ± 3,2
1 −−	6 3 S 1			Υ (6 S ) = Υ (11020)	10.992,9 ± 10
1 −−	1 3 D 1	ψ (3770)	3773,13 ± 0,35
2 −−	1 3 D 2	ψ 2 (1 D ) = ψ 2 (3823)	3822,2 ± 1,2	Υ 2 (1 D )	10.163,7 ± 1.4
3 −−	1 3 D 3	ψ 3 (1 D ) †		Υ 3 (1 D ) †
1 −−	? ? ? ?	ψ (4260) = Y (4260)	4230 ± 8
1 + -	1 1 P 1	h c (1 P ) = h c	3525,38 ± 0,11	h b (1 P ) = h b	9899,3 ± 0,8
1 + -	2 1 P 1	h c (2 P ) †		h b (2 P )
0 ++	1 3 P 0	χ c 0 (1 P ) = χ c 0	3414,71 ± 0,30	χ b 0 (1 P ) = χ b 0	9859,44 ± 0,52
0 ++	2 3 P 0	χ c 0 (2 P ) †		χ b 0 (2 P )	10.232,5 ± 0,6
1 ++	1 3 P 1	χ c 1 (1 P )	3510,67 ± 0,05	χ b 1 (1 P )	9892,78 ± 0,40
1 ++	2 3 P 1	χ c 1 (2 P ) †		χ b 1 (2 P )	10.255,46 ± 0,55
1 ++	3 3 P 1			χ b 1 (3 P )	10,512,1 ± 2,3
2 ++	1 3 P 2	χ c 2 (1 P )	3556,17 ± 0,07	χ b 2 (1 P )	9912,21 ± 0,40
2 ++	2 3 P 2	χ c 2 (2 P )	3927,2 ± 2,6	χ b 2 (2 P )	10 268,65 ± 0,55
1 + +	? ? ? 1	χ c 1 (3872) = X (3872) **	3871,69 ± 0,17

I 2005 offentliggjorde BaBar-eksperimentet opdagelsen af ​​den nye tilstand Y (4260). Observationerne blev bekræftet af CLEO- og Belle- eksperimenterne . Først blev den nye partikel forvekslet med et charmonium, men nu antyder observationer mere eksotiske forklaringer, såsom et D “-molekyle”, et tetrakvark eller en hybrid meson.

litteratur

• Bogdan Povh ao: Partikler og kerner. 6. udgave. Springer, 2004, ISBN 3-540-21065-2 .

Individuelle beviser

1. ↑ Partikeldatagruppe: Navngivningsskema for hadroner (revideret i 2017). (PDF; 86 kB) Adgang til 17. februar 2018 (engelsk). 
2. ↑ M. Tanabashi et al . (Particle Data Group), 2018: cc̅ Mesons
3. ↑ M. Tanabashi et al . (Particle Data Group), 2018: bb̅ Mesons
4. ↑ LHCb-samarbejde: Bestemmelse af X (3872) meson-kvantetal . I: Physical Review Letters . bånd 110 , nr. 22. maj 2013, doi : 10.1103 / PhysRevLett.110.222001 , arxiv : 1302.6269v1 . 
5. ↑ En ny partikel opdaget af BaBar-eksperimentet. Istituto Nazionale di Fisica Nucleare , 6. juli 2005, adgang til 6. marts 2010 . 
6. ↑ B. Aubert et al (babar Collaboration):. Observation af en bred struktur i π ⁺ π ^- J / ψ massespektrum omkring 4,26 GeV / c ² . I: Physical Review Letters . bånd 95 , nr. 14 , 2005, s. 142001 , doi : 10.1103 / PhysRevLett.95.142001 , arxiv : hep-ex / 0506081 .