Кварконий

В физике элементарных частиц , кварконии (из кварка и - ониевая ., Пл кваркониях ) является пресный мезон которого составляющие тяжелый кварк и его собственный антикварковое, что делает его нейтральной частицы и античастицы самой себя.

Легкие кварки [ править ]

Легкие кварки ( вверх , вниз , и странно ) гораздо менее массивны , чем более тяжелые кварки, и поэтому физические состояния фактически видели в опытах ( п , п ' , и π ⁰ мезоны) являются квантово - механические смеси легких кварковых состояний. Значительно большая разница масс между очарованными и нижними кварками и более легкими кварками приводит к состояниям, которые хорошо определяются в терминах кварк-антикварковой пары данного аромата.

Тяжелые кварки [ править ]

Примерами кваркониев являются J / ψ-мезон (основное состояние чармония ,
c

c
) и
ϒ
мезон ( боттомоний ,
б

б
). Из-за высокой массы топ - кварка , топоний ( θ мезонов ) не существует, так как верхняя кварковых распадов через взаимодействие электрослабого до того, как связанное состояние может образовывать (редкий пример слабого процесса , протекающего более быстро , чем сильный процесс ) . Обычно слово «кварконий» относится только к чармонию и боттомонию, а не к какому-либо из более легких кварк-антикварковых состояний.

Чармониум [ править ]

Чармониум

В следующей таблице одна и та же частица может быть названа с помощью спектроскопических обозначений или с учетом ее массы. В некоторых случаях используются серии возбуждений: ′ - первое возбуждение (которое по историческим причинам называется
Дж / ψ
частица); Ψ ″ - второе возбуждение и так далее. То есть имена в одной ячейке синонимичны.

Некоторые состояния предсказаны, но не определены; другие не подтверждены. Квантовые числа частицы X (3872) были недавно измерены в эксперименте LHCb в ЦЕРНе. ^[1] Это измерение пролило некоторый свет на его идентичность, за исключением третьего варианта из трех предполагаемых, а именно:

гибридное состояние чармония
а
D⁰

D^{∗ 0}
молекула
кандидат на 1 ¹ D ₂ состояния

В 2005 году эксперимент BaBar объявил об открытии нового состояния: Y (4260) . ^[2]^[3] CLEO и Белль с тех пор подтвердили эти наблюдения. Сначала считалось, что Y (4260) является состоянием чармония, но данные свидетельствуют о более экзотических объяснениях, таких как «молекула» D, конструкция из 4 кварков или гибридный мезон .

Условное обозначение n ^{2 S + 1}L _J	I ^G ( J ^{P C} )	Частицы	масса (МэВ / c ² ) [1]
1 ¹ S ₀	0 ⁺ (0 ^{- +} )	η c (1 S )	2 983 0,4 ± 0,5
1 ³ S ₁	0 ^- (1 ⁻⁻ )	Дж / ψ (1 S )	3 096 0 900 ± 0,006
1 ¹ П ₁	0 ^- (1 ^{+ -} )	h c (1 P )	3 525 0,38 ± 0,11
1 ³ П ₀	0 ⁺ (0 ⁺⁺ )	χ c 0 (1 P )	3 414 .75 ± 0,31
1 ³ П ₁	0 ⁺ (1 ⁺⁺ )	χ _{c 1} (1 P )	3 510 0,66 ± 0,07
1 ³ П ₂	0 ⁺ (2 ⁺⁺ )	χ _{c 2} (1 P )	3 556 .20 ± 0,09
2 ¹ S ₀	0 ⁺ (0 ^{- +} )	η _c (2 S ), или η ′ _c	3 639 0,2 ± 1,2
2 ³ S ₁	0 ^- (1 ⁻⁻ )	ψ (2S) или ψ (3686)	3 686 0,097 ± 0,025
1 ¹ Д ₂	0 ⁺ (2 ^{- +} )	η _{c 2} (1 D )
1 ³ Д ₁	0 ^- (1 ⁻⁻ )	ψ (3770)	3 773 0,13 ± 0,35
1 ³ Д ₂	0 ^- (2 ⁻⁻ )	ψ ₂ (1 Д )
1 ³ Д ₃	0 ^- (3 ⁻⁻ )	ψ ₃ (1 Д ) ^[‡]
2 ¹ П ₁	0 ^- (1 ^{+ -} )	h _c (2 P ) ^[‡]
2 ³ П ₀	0 ⁺ (0 ⁺⁺ )	χ _{c 0} (2 P ) ^[‡]
2 ³ П ₁	0 ⁺ (1 ⁺⁺ )	χ _{c 1} (2 P ) ^[‡]
2 ³ П ₂	0 ⁺ (2 ⁺⁺ )	χ _{c 2} (2 P ) ^[‡]
? ^?? _?	0 ⁺ (1 ⁺⁺ ) [ * ]	Х (3872)	3 871 0,69 ± 0,17
? ^?? _?	? ^?(1 ⁻⁻ ) ^[†]	Г (4260)	4263+8 −9

Заметки:

[ _* ] Требуется подтверждение.

[†] Интерпретация как состояние 1 ⁻⁻ чармония не приветствуется.

[‡] Прогнозируется, но еще не определен.

Боттомониум [ править ]

Боттомониум

В следующей таблице одна и та же частица может быть названа с помощью спектроскопических обозначений или с учетом ее массы. Некоторые состояния предсказаны, но не определены; другие не подтверждены.

Условное обозначение n ^{2S + 1} L _J	I ^G ( J ^{P C} )	Частицы	масса (МэВ / c ² ) [2]
1 ¹ S ₀	0 ⁺ (0 ^{- +} )	ηб(1S)	9 390 0,9 ± 2,8
1 ³ S ₁	0 ^- (1 ⁻⁻ )	ϒ(1S)	9 460 0,30 ± 0,26
1 ¹ П ₁	0 ^- (1 ^{+ -} )	час _б(1P)	9 899 0,3 ± 0,8
1 ³ П ₀	0 ⁺ (0 ⁺⁺ )	$χb0$ (1P)	9 859 0,44 ± 0,52
1 ³ П ₁	0 ⁺ (1 ⁺⁺ )	$χb1$ (1P)	9 892 0,76 ± 0,40
1 ³ П ₂	0 ⁺ (2 ⁺⁺ )	$χБи 2$ (1P)	9 912 0,21 ± 0,40
2 ¹ S ₀	0 ⁺ (0 ^{- +} )	ηб(2S)
2 ³ S ₁	0 ^- (1 ⁻⁻ )	ϒ(2S)	10 023 0,26 ± 0,31
1 ¹ Д ₂	0 ⁺ (2 ^{- +} )	ηб₂ (1D)
1 ³ Д ₁	0 ^- (1 ⁻⁻ )	ϒ(1D)
1 ³ Д ₂	0 ^- (2 ⁻⁻ )	ϒ₂ (1D)	10 161 0,1 ± 1,7
1 ³ Д ₃	0 ^- (3 ⁻⁻ )	ϒ₃ (1D)
2 ¹ П ₁	0 ^- (1 ^{+ -} )	час _б(2P)
2 ³ П ₀	0 ⁺ (0 ⁺⁺ )	$χb0$ (2P)	10 232 0,5 ± 0,6
2 ³ П ₁	0 ⁺ (1 ⁺⁺ )	$χb1$ (2P)	10 255 0,46 ± 0,55
2 ³ П ₂	0 ⁺ (2 ⁺⁺ )	$χБи 2$ (2P)	10 268 0,65 ± 0,55
3 ³ S ₁	0 ^- (1 ⁻⁻ )	ϒ(3S)	10 355 0,2 ± 0,5
3 ³ П ₁	0 ⁺ (1 ⁺⁺ )	$χb1$ (3P)	10 513 0,42 ± 0,41 (стат.) ± 0,53 (сист.) ^[4]
3 ³ П ₂	0 ⁺ (2 ⁺⁺ )	$χБи 2$ (3P)	10 524 0,02 ± 0,57 (стат.) ± 0,53 (сист.) ^[4]
4 ³ S ₁	0 ^- (1 ⁻⁻ )	ϒ(4 S ) илиϒ(10580)	10 579 0,4 ± 1,2
5 ³ S ₁	0 ^- (1 ⁻⁻ )	ϒ(5S) или ϒ(10860)	10 865 ± 8
6 ³ S ₁	0 ^- (1 ⁻⁻ )	ϒ(11020)	11 019 ± 8

Примечания :

[ _* ] Предварительные результаты. Требуется подтверждение.

В ϒСостояние (1S) было обнаружено экспериментальной группой E288 во главе с Леоном Ледерманом в Фермилабе в 1977 году и было первой обнаруженной частицей, содержащей нижний кварк. 21 декабря 2011 г. $χБи 2$ (3P) состояние было первой частицей, обнаруженной на Большом адронном коллайдере ; статья об открытии была впервые размещена на arXiv . ^[5]^[6] В апреле 2012, DØ эксперимент TEVATRON по подтвердили результат в статье , опубликованной в Physical Review D . ^[7]^[8] Состояния J = 1 и J = 2 были впервые разрешены в эксперименте CMS в 2018 году. ^[4]

Топониум [ править ]

Ожидается, что тета-мезон будет физически ненаблюдаемым, поскольку топ-кварки распадаются слишком быстро, чтобы образовать мезоны.

Этот раздел нуждается в расширении . Вы можете помочь, добавив к нему . ( Апрель 2017 г. )

КХД и кварконий [ править ]

Вычисление свойств мезонов в квантовой хромодинамике (КХД) является полностью непертурбативным. В результате единственный доступный общий метод - это прямое вычисление с использованием методов решеточной КХД (LQCD). ^{[ необходима цитата ]} Однако для тяжелого кваркония другие методы также эффективны.

Легкие кварки в мезоне движутся с релятивистскими скоростями, поскольку масса связанного состояния намного больше массы кварка. Однако скорость чарма и нижних кварков в их соответствующих кваркониях достаточно мала для того, чтобы релятивистские эффекты в этих состояниях были значительно уменьшены. Подсчитано, что скорость примерно в 0,3 раза больше скорости света для чармонии и примерно в 0,1 раза больше скорости света для боттонии. Затем вычисление может быть аппроксимировано разложением по степеням и . Этот метод называется нерелятивистской КХД (NRQCD). ${\ displaystyle \ mathbf {v}}$ ${\ Displaystyle \; {\ гидроразрыва {\ mathbf {v}} {\; c \;}} \;}$ ${\ Displaystyle \; {\ гидроразрыва {v ^ {2}} {\; c ^ {2} \,}} \;}$

NRQCD также был квантован как калибровочная теория решетки , которая обеспечивает еще один метод для использования вычислений LQCD. Было обнаружено хорошее согласие с массами боттомония, и это обеспечивает один из лучших непертурбативных тестов LQCD. Для масс чармония согласие не так хорошо, но сообщество LQCD активно работает над улучшением своих методов. Также ведутся работы по расчету таких свойств, как ширина состояний кваркониев и скорости переходов между состояниями.

Ранний, но все еще эффективный метод использует модели эффективного потенциала для вычисления масс состояний кваркония. В этой технике используется тот факт, что движение кварков, составляющих состояние кваркония, является нерелятивистским, чтобы предположить, что они движутся в статическом потенциале, во многом подобно нерелятивистским моделям атома водорода. Одна из самых популярных потенциальных моделей - это так называемый потенциал Корнелла (или воронки ) : ^[9]

{\ displaystyle V (r) = - {\ frac {a} {\; r \;}} + b \, r ~}

где это эффективный радиус состояния кваркония, и являются параметрами. ${\ displaystyle r}$ ${\ displaystyle a}$ ${\ displaystyle b}$

Этот потенциал состоит из двух частей. Первая часть соответствует потенциалу, индуцированному одноглюонным обменом между кварком и его антикварком, и известна как кулоновская часть потенциала, поскольку ее форма идентична хорошо известному кулоновскому потенциалу, индуцированному электромагнитная сила. ${\ Displaystyle \; {\ гидроразрыва {а} {\; г \;}} \;}$ ${\ Displaystyle \; {\ гидроразрыва {1} {\; r \;}} \;}$

Вторая часть известна как ограничивающая часть потенциала и параметризует плохо изученные непертурбативные эффекты КХД. Обычно при использовании этого подхода берется удобный вид волновой функции кварков, а затем и определяются путем подгонки результатов вычислений к массам хорошо измеренных состояний кваркония. В этот подход можно включить релятивистские и другие эффекты, добавив дополнительные члены к потенциалу, как это делается для модельного атома водорода в нерелятивистской квантовой механике. ${\ Displaystyle \; б \, г \;}$ ${\ Displaystyle \; а \;}$ ${\ Displaystyle \; б \;}$

Эта форма была получена из КХД до Сумино (2003). ^[10] Это популярное , поскольку она позволяет точные предсказания параметров кваркония без длительных вычислений решетки, а также обеспечивает разделение между короткой дистанцией кулоновского эффекты и междугородным удержанием эффектами , которые могут быть полезны в понимании кварка / анти- кварковая сила, генерируемая КХД. $\;{\mathcal {O}}(\Lambda _{\text{QCD}}^{3}\,r^{2})\;$

Кварконии были предложены как диагностический инструмент образования кварк-глюонной плазмы : может происходить как исчезновение, так и усиление их образования в зависимости от выхода тяжелых кварков в плазме.

См. Также [ править ]

Правило OZI

Ссылки [ править ]

^ Aaij, R .; и другие. (Коллаборация LHCb) (2013). «Определение квантовых чисел X (3872) мезона». Письма с физическим обзором . 110 (22): 222001. arXiv : 1302.6269 . Bibcode : 2013PhRvL.110v2001A . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.110.222001 . PMID 23767712 . S2CID 11478351 .
^ "Новая частица обнаружена экспериментом BaBar" . Istituto Nazionale di Fisica Nucleare . 6 июля 2005 . Проверено 6 марта 2010 .
^ Обер, B .; и другие. ( Сотрудничество BaBar ) (2005). "Наблюдение широкой структуры в спектре масс π ⁺ π ^- J / ψ вокруг4,26 ГэВ / с ² ». Physical Review Letters . 95 (14): 142001. Arxiv : Hep-ех / 0506081 . Bibcode : 2005PhRvL..95n2001A . DOI : 10,1103 / PhysRevLett.95.142001 . PMID 16241645 . S2CID 32538123 .
^ a b c Сирунян, AM; и другие. ( Сотрудничество с CMS ) (2018). "Наблюдение заχb1(3P) и χБи 2(3P) и измерение их масс » . Physical Review Letters . 121 (9): 092002. arXiv : 1805.11192 . Bibcode : 2018PhRvL.121i2002S . Doi : 10.1103 / PhysRevLett.121.092002 . PMID 30230889 .
^ Aad, G .; и другие. ( Сотрудничество ATLAS ) (2012). "Наблюдение за новымχб состояние при излучательных переходах в ϒ(1S) и ϒ(2S) at ATLAS » . Physical Review Letters . 108 (15): 152001. arXiv : 1112.5154 . Bibcode : 2012PhRvL.108o2001A . Doi : 10.1103 / PhysRevLett.108.152001 . PMID 22587245 .
↑ Джонатан Амос (22 декабря 2011 г.). «LHC сообщает об открытии своей первой новой частицы» . BBC .
^ "Эксперимент Tevatron подтверждает открытие LHC частицы Chi-b (P3)" . Симметрия . 9 апреля 2012 г.
^ «Наблюдение за распадом состояния с узкой массой на (1S) + γ в pp-столкновениях при 1,96 ТэВ» (PDF) . www-d0.fnal.gov .
^ Чунг, Хи Сок; Ли, Джангил; Кан, Дээкён (2008). «Параметры корнелльского потенциала для тяжелых кваркониев S-волн». Журнал Корейского физического общества . 52 (4): 1151–1154. arXiv : 0803.3116 . Bibcode : 2008JKPS ... 52.1151C . DOI : 10,3938 / jkps.52.1151 . S2CID 118586941 .
Перейти ↑ Sumino, Y. (2003). «Потенциал КХД как« кулоновский плюс линейный »потенциал». Физика Письма Б . 571 (3–4): 173–183. arXiv : hep-ph / 0303120 . Bibcode : 2003PhLB..571..173S . DOI : 10.1016 / j.physletb.2003.05.010 . S2CID 9000097 .

[1] Aaij, R .; и другие. (Коллаборация LHCb) (2013). «Определение квантовых чисел X (3872) мезона». Письма с физическим обзором . 110 (22): 222001. arXiv : 1302.6269 . Bibcode : 2013PhRvL.110v2001A . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.110.222001 . PMID 23767712 . S2CID 11478351 .

[2] "Новая частица обнаружена экспериментом BaBar" . Istituto Nazionale di Fisica Nucleare . 6 июля 2005 . Проверено 6 марта 2010 .

[3] Обер, B .; и другие. ( Сотрудничество BaBar ) (2005). "Наблюдение широкой структуры в спектре масс π ⁺ π ^- J / ψ вокруг4,26 ГэВ / с ² ». Physical Review Letters . 95 (14): 142001. Arxiv : Hep-ех / 0506081 . Bibcode : 2005PhRvL..95n2001A . DOI : 10,1103 / PhysRevLett.95.142001 . PMID 16241645 . S2CID 32538123 .

[chib3ptripletcms-4] Сирунян, AM; и другие. ( Сотрудничество с CMS ) (2018). "Наблюдение заχb1(3P) и χБи 2(3P) и измерение их масс » . Physical Review Letters . 121 (9): 092002. arXiv : 1805.11192 . Bibcode : 2018PhRvL.121i2002S . Doi : 10.1103 / PhysRevLett.121.092002 . PMID 30230889 .

[arxivchib3p-5] Aad, G .; и другие. ( Сотрудничество ATLAS ) (2012). "Наблюдение за новымχб состояние при излучательных переходах в ϒ(1S) и ϒ(2S) at ATLAS » . Physical Review Letters . 108 (15): 152001. arXiv : 1112.5154 . Bibcode : 2012PhRvL.108o2001A . Doi : 10.1103 / PhysRevLett.108.152001 . PMID 22587245 .

[6] Джонатан Амос (22 декабря 2011 г.). «LHC сообщает об открытии своей первой новой частицы» . BBC .

[7] "Эксперимент Tevatron подтверждает открытие LHC частицы Chi-b (P3)" . Симметрия . 9 апреля 2012 г.

[8] «Наблюдение за распадом состояния с узкой массой на (1S) + γ в pp-столкновениях при 1,96 ТэВ» (PDF) . www-d0.fnal.gov .

[9] Чунг, Хи Сок; Ли, Джангил; Кан, Дээкён (2008). «Параметры корнелльского потенциала для тяжелых кваркониев S-волн». Журнал Корейского физического общества . 52 (4): 1151–1154. arXiv : 0803.3116 . Bibcode : 2008JKPS ... 52.1151C . DOI : 10,3938 / jkps.52.1151 . S2CID 118586941 .

[10] Перейти ↑ Sumino, Y. (2003). «Потенциал КХД как« кулоновский плюс линейный »потенциал». Физика Письма Б . 571 (3–4): 173–183. arXiv : hep-ph / 0303120 . Bibcode : 2003PhLB..571..173S . DOI : 10.1016 / j.physletb.2003.05.010 . S2CID 9000097 .

[1]