Kwarkonium - Quarkonium

W fizyce cząstek , kwarkonium (z twaróg i - oniowe ., PL quarkonia ) jest smaku mezonem którego składnikami są ciężkie twaróg i własny antykwarka, dzięki czemu neutralnego cząstek i antycząsteczka sobie.

Lekkie kwarki

Kwarki światła ( w górę , w dół , i dziwne ) są o wiele mniej masywna niż cięższych kwarków, a więc stany fizyczne rzeczywiście obserwowane w doświadczeniach ( rj , rj ' , a π ⁰ mezonów) są kwantowe mieszaniny mechaniczne lekkich stanach twarogu. Znacznie większe różnice między masowe uroku i dolnych kwarków i lżejsze kwarków wyników w krajach, które są dobrze zdefiniowane pod względem pary kwark-antykwark danego smaku.

Kwarki ciężkie

Przykładami kwarkonii są mezon J/ψ (stan podstawowy charmonium ,
C

C
) i
Υ
mezon ( bottomonium ,
b

b
). Ze względu na dużą masę kwarku górnego , topon ( θ mezon ) nie istnieje, ponieważ kwark górny rozpada się w wyniku oddziaływania elektrosłabego, zanim może powstać stan związany (rzadki przykład słabego procesu przebiegającego szybciej niż silnego ) . Zwykle słowo „kwarkonium” odnosi się tylko do charmonium i bottomonium, a nie do żadnego z lżejszych stanów kwarkowo-antykwarkowych.

Charmonium

W poniższej tabeli tę samą cząstkę można nazwać zapisem spektroskopowym lub jej masą. W niektórych przypadkach stosuje się szeregi wzbudzeń: Ψ′ to pierwsze wzbudzenie Ψ (które z przyczyn historycznych nazywa się
J/ψ
cząstka); Ψ″ to druga ekscytacja i tak dalej. Oznacza to, że nazwy w tej samej komórce są synonimami.

Niektóre stany są przewidywane, ale nie zostały zidentyfikowane; inne są niepotwierdzone. Liczby kwantowe cząstki X(3872) zostały ostatnio zmierzone w eksperymencie LHCb w CERN. Ten pomiar rzucił nieco światła na jego tożsamość, wyłączając trzecią opcję spośród trzech przewidywanych, którymi są:

• stan hybrydowy charmonium
• a
  D⁰
  
  D⁰
  cząsteczka
• kandydatem do 1 ¹ D ₂ stan

W 2005 roku eksperyment BaBar ogłosił odkrycie nowego stanu: Y(4260) . CLEO i Belle potwierdziły te obserwacje. Początkowo uważano, że Y(4260) jest stanem charmonium, ale dowody sugerują bardziej egzotyczne wyjaśnienia, takie jak „cząsteczka D”, konstrukt 4-kwarkowy lub mezon hybrydowy .

Symbol terminu n 2 S +1 L J	Ja G ( J P C )	Cząstka	masa (MeV/ c 2 )
1 1 S 0	0 + (0 −+ )	η C (1 S )	2 983 0,4 ± 0,5
1 3 S 1	0 − (1 −− )	J/ψ (1 S )	3 096 0,900 ± 0,006
1 1 P 1	0 − (1 +− )	h c (1 P )	3 525 0,38 ± 0,11
1 3 P 0	0 + (0 ++ )	χ c 0 (1 P )	3 414 0,75 ± 0,31
1 3 P 1	0 + (1 ++ )	χ c 1 (1 P )	3 510 0,66 ± 0,07
1 3 P 2	0 + (2 ++ )	χ c 2 (1 P )	3 556 0,20 ± 0,09
2 1 S 0	0 + (0 −+ )	η c (2 S ), lub ? C	3 639 0,2 ± 1,2
2 3 S 1	0 − (1 −− )	ψ (2S) lub ψ (3686)	3 686 0,097 ± 0,025
1 1 R 2	0 + (2 −+ )	η c 2 (1 D )
1 3 R 1	0 − (1 −− )	ψ (3770)	3 773 0,13 ± 0,35
1 3 D 2	0 − (2 −− )	ψ 2 (1 D )
1 3 R 3	0 − (3 −− )	ψ 3 ( 1D ) [‡]
2 1 P 1	0 − (1 +− )	H C (2 P ) [‡]
2 3 P 0	0 + (0 ++ )	χ c 0 (2 P ) [‡]
2 3 P 1	0 + (1 ++ )	χ C 1 (2 P ) [‡]
2 3 P 2	0 + (2 ++ )	χ c 2 (2 P ) [‡]
? ? ? ?	0 + (1 ++ ) [ * ]	X (3872)	3 871 0,69 ± 0,17
? ? ? ?	? ? (1 −− ) [†]	Tak (4260)	4263+8 -9

Uwagi:

[ _* ] Wymaga potwierdzenia.

[†] Interpretacja jako 1 ⁻⁻ stan charmonium nie jest faworyzowany.

[‡] Przewidywane, ale jeszcze nie zidentyfikowane.

Dolny

W poniższej tabeli tę samą cząstkę można nazwać zapisem spektroskopowym lub jej masą. Niektóre stany są przewidywane, ale nie zostały zidentyfikowane; inne są niepotwierdzone.

Symbol terminu n 2 S +1 L J	Ja G ( J P C )	Cząstka	masa (MeV/ c 2 )
1 1 S 0	0 + (0 −+ )	η b(1S)	9 390 0,9 ± 2,8
1 3 S 1	0 − (1 −− )	Υ (1S)	9 460 0,30 ± 0,26
1 1 P 1	0 − (1 +− )	h b(1P)	9 899 0,3 ± 0,8
1 3 P 0	0 + (0 ++ )	χ b0(1P)	9 859 0,44 ± 0,52
1 3 P 1	0 + (1 ++ )	χ b1(1P)	9 892 0,76 ± 0,40
1 3 P 2	0 + (2 ++ )	χ b2(1P)	9 912 0,21 ± 0,40
2 1 S 0	0 + (0 −+ )	η b(2S)
2 3 S 1	0 − (1 −− )	Υ (2S)	10 023 0,26 ± 0,31
1 1 R 2	0 + (2 −+ )	η b2 (1D)
1 3 R 1	0 − (1 −− )	Υ (1D)
1 3 D 2	0 − (2 −− )	Υ 2 (1D)	10 161 0,1 ± 1,7
1 3 R 3	0 − (3 −− )	Υ 3 (1D)
2 1 P 1	0 − (1 +− )	h b(2P)
2 3 P 0	0 + (0 ++ )	χ b0(2P)	10 232 0,5 ± 0,6
2 3 P 1	0 + (1 ++ )	χ b1(2P)	10 255 0,46 ± 0,55
2 3 P 2	0 + (2 ++ )	χ b2(2P)	10 268 0,65 ± 0,55
3 3 S 1	0 − (1 −− )	Υ (3S)	10 355 0,2 ± 0,5
3 3 P 1	0 + (1 ++ )	χ b1(3P)	10 513 0,42 ± 0,41 (stat.) ± 0,53 (system.)
3 3 P 2	0 + (2 ++ )	χ b2(3P)	10 524 .02 ± 0.57 (stat.) ± 0.53 (system.)
4 3 S 1	0 − (1 −− )	Υ (4 S ) lub Υ (10580)	10 579 0,4 ± 1,2
5 3 S 1	0 − (1 −− )	Υ (5S) lub Υ (10860)	10 865 ± 8
6 3 S 1	0 − (1 −− )	Υ (11020)	11 019 ± 8

Uwagi :

[ _* ] Wstępne wyniki. Wymagane potwierdzenie.

ten
Υ
Stan (1S) został odkryty przez zespół eksperymentalny E288 , kierowany przez Leona Ledermana w Fermilab w 1977 roku i był pierwszą odkrytą cząstką zawierającą dolny kwark. 21 grudnia 2011 r
χ
_b2Stan (3P) był pierwszą cząstką odkrytą w Wielkim Zderzaczu Hadronów ; artykuł o odkryciu został po raz pierwszy opublikowany na arXiv . W kwietniu 2012 r . eksperyment Tevatron DØ potwierdził wyniki w artykule opublikowanym w Physical Review D . Stany J=1 i J=2 zostały po raz pierwszy rozwiązane w eksperymencie CMS w 2018 roku.

Toponium

Theta mezonem ma być fizycznie niedostrzegalna, a kwark t rozpadają się zbyt szybko, tworząc mezony.

QCD i kwarkoniu

Obliczanie właściwości mezonów w chromodynamice kwantowej (QCD) jest w pełni nieperturbacyjne. W rezultacie jedyną dostępną ogólną metodą jest bezpośrednie obliczenie przy użyciu technik kratowej QCD (LQCD). Jednak w przypadku ciężkiego kwarkonium skuteczne są również inne techniki.

Kwarki lekkie w mezonie poruszają się z prędkością relatywistyczną , ponieważ masa stanu związanego jest znacznie większa niż masa kwarka. Jednak prędkość uroku i kwarków dolnych w ich odpowiednich kwarkonach jest wystarczająco mała, aby efekty relatywistyczne w tych stanach zostały znacznie zredukowane. Szacuje się, że prędkość , jest około 0,3 razy większa od prędkości światła w przypadku charmonii i około 0,1 razy większa od prędkości światła w przypadku dna. Obliczenie można następnie przybliżyć przez rozwinięcie potęg i . Ta technika nazywa się nierelatywistyczną QCD (NRQCD). ${\displaystyle \mathbf {v}}$${\displaystyle \;{\frac {\mathbf {v}}}{\;c\;}}\;}$${\displaystyle \;{\frac {v^{2}}{\;c^{2}\,}}\;}$

NRQCD została również skwantowana jako teoria cechowania sieci , która zapewnia inną technikę do wykorzystania w obliczeniach LQCD. Stwierdzono dobrą zgodność z masami bottomonium, co zapewnia jeden z najlepszych nieperturbacyjnych testów LQCD. W przypadku mas charmonium porozumienie nie jest tak dobre, ale społeczność LQCD aktywnie pracuje nad udoskonaleniem swoich technik. Prowadzone są również prace nad obliczeniami takich właściwości, jak szerokości stanów kwarkonii i szybkości przejść między stanami.

Wczesna, ale wciąż skuteczna technika wykorzystuje modele efektywnego potencjału do obliczania mas stanów kwarkonowych. W tej technice wykorzystuje się fakt, że ruch kwarków tworzących stan kwarkoniowy jest nierelatywistyczny, aby założyć, że poruszają się one w potencjale statycznym, podobnie jak nierelatywistyczne modele atomu wodoru. Jednym z najpopularniejszych modeli potencjału jest tak zwany potencjał Cornella (lub lejek ) :

${\ Displaystyle V (r) = - {\ Frac {a} {\; r \;}} + b \ r ~}$

gdzie jest efektywnym promieniem stanu kwarkonowego i są parametrami. ${\ Displaystyle r}$${\displaystyle a}$${\displaystyle b}$

Ten potencjał ma dwie części. Pierwsza część, , odpowiada potencjałowi indukowanemu przez wymianę jednego gluonu między kwarkiem a jego antykwarkiem i jest znana jako część kulombowska potencjału, ponieważ jej forma jest identyczna z dobrze znanym potencjałem kulombowskim indukowanym przez siła elektromagnetyczna. ${\displaystyle \;{\frac {a}{\;r\;}}\;}$${\displaystyle \;{\frac {1}{\;r\;}}\;}$

Druga część jest znana jako ograniczającego część potencjału i parametryzuje słabo poznana niż perturbacyjne skutków QCD. Ogólnie, przy zastosowaniu tej metody, dogodną postać do funkcji fali kwarkach rozpuszcza, a następnie i określa się poprzez dopasowanie wyników obliczeń w celu mas dobrze mierzonych stanów kwarkonium. Relatywistyczne i inne efekty można włączyć do tego podejścia, dodając dodatkowe człony do potencjału, podobnie jak ma to miejsce w przypadku modelowego atomu wodoru w nierelatywistycznej mechanice kwantowej. ${\displaystyle \;b\,r\;}$${\displaystyle \;a\;}$${\displaystyle \;b\;}$

Ta forma została wyprowadzona z QCD aż do Sumino (2003). Jest to popularne, ponieważ pozwala na dokładne przewidywania parametrów kwarkonium bez długiego siatkowej obliczeń i zapewnia separację między krótkich trasach kulombowskiego efektów i długodystansowych zamkniętych efektów, które mogą być pomocne w zrozumieniu kwark / siły anty-twarogu wygenerowany przez QCD. ${\ Displaystyle \; {\ mathcal {O}} (\ Lambda _ {\ tekst {QCD}} ^ {3} \ r ^ {2}) \;}$

Zasugerowano kwarkonię jako narzędzie diagnostyczne formowania się plazmy kwarkowo-gluonowej : może wystąpić zarówno zanikanie, jak i wzmacnianie ich formowania w zależności od ilości ciężkich kwarków w plazmie.

Zobacz też

• Reguła OZI

Bibliografia