Кварконий

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Кварко́ний — вид мезона, состоящий из кварка и антикварка одного и того же аромата[1]. Примерами таких частиц являются J/ψ-мезон (состояние чармония, cc) и ϒ-мезон (состояние боттомония, bb). Реальное связанное состояние t-кварка и антикварка — топоний, или тэта-мезон — не существует, поскольку t-кварк распадается путём слабого взаимодействия прежде, чем может сформировать связанное состояние (однако может существовать виртуальная пара tt). Обычно термин «кварконий» употребляется только применительно к тяжёлым ароматам. Это связано с тем, что физические состояния лёгких кварков (u, d и s), наблюдаемые в эксперименте, представляют собой квантово-механические суперпозиции всех ароматов. Большое различие в массах очарованного и прелестного кварков и лёгких ароматов приводит к тому, что состояния первых хорошо описываются в терминах кварк-антикварковых пар одного аромата.

Состояния чармония[править | править вики-текст]

В представленной таблице одни и те же частицы могут быть названы с использованием спектроскопической нотации или путём указания их массы. В некоторых случаях используются серии возбуждений: Ψ' — первое возбуждение Ψ (исторически это состояние называется J/ψ), Ψ" — второе возбуждение и т. д.

Некоторые состояния предсказаны, но пока не обнаружены; другие не подтверждены. Квантовые числа частицы X(3872) неизвестны, по поводу её структуры идёт дискуссия. Это может быть

  • кандидат в состояние 11D2;
  • гибридное состояние чармония;
  • молекула D^0\bar D^{*0}.

В 2005 году в эксперименте BaBar объявили об открытии нового состояния Y(4260).[2][3] Эксперименты CLEO и Belle также подтвердили его существование. Первоначально считалось, что это состояние чармония, однако имеются свидетельства более экзотической природы этой частицы, например молекула D-мезонов, система 4-х кварков или гибридный мезон.

Терм n2S + 1LJ IG(JPC) Частица Масса (МэВ/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

Примечания:

* Требует подтверждения.
Предсказан, но пока не обнаружен.
Интерпретируется как состояние чармония 1−−.

Состояния боттомония[править | править вики-текст]

В представленной таблице одни и те же частицы могут быть названы с использованием спектроскопической нотации или путём указания их массы.

Некоторые состояния предсказаны, но пока не обнаружены; другие не подтверждены.

Терм n2S + 1LJ IG(JPC) Частица Масса (МэВ/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

Примечания:

* Предварительный результат, требуется подтверждение.

Кварконий в КХД[править | править вики-текст]

Расчёты свойств мезонов в квантовой хромодинамике (КХД) носят непертурбативный характер. Поэтому единственным доступным общим методов остаётся прямой расчёт с использованием КХД на решётке. Однако существуют и другие методы, также эффективные применительно к тяжёлому кварконию.

Лёгкие кварки в мезоне движутся с релятивистскими скоростями, поскольку масса их связанного состояния много больше масс самих составляющих кварков. Но скорость очарованного и прелестного кварков в соответствующих состояниях кваркония существенно меньше, и релятивистские эффекты затрагивают такие состояния в меньшей степени. Оценки этих скоростей v дают около 0,3 скорости света для чармония и 0,1 для боттомония. Таким образом расчёты таких состояний могут проводиться путём разложения по степеням малого параметра v/c. Этот метод получил название нерелятивистской КХД (non-relativistic QCD — NRQCD).

Нерелятивистская КХД также квантуется как калибровочная теория на решётке, что позволяет использовать ещё один подход в расчётах КХД на решётке. Таким образом было получено хорошее согласие с экспериментом в значении масс боттомония, и это является одним из лучших свидетельств состоятельности метода КХД на решётке. Для масс чармония согласие не такое хорошее, но учёные работают над улучшением данного метода. Также ведётся работа в направлении вычислений таких свойств, как ширины состояний кваркония и вероятности перехода между состояниями.

Ещё один исторически ранний, но до сих пор эффективный метод использует модель эффективного потенциала для расчёта масс состояний кваркония. Предполагается, что кварки, составляющие кварконий, движутся с нерелятивистскими скоростями в статическом потенциале, подобно тому, как это происходит с электроном в нерелятивистской модели атома водорода. Один из наиболее популярных модельных потенциалов носит название потенциала Корнелла:

V(r) = \frac{a}{r} + br,

где r — эффективный радиус связанного состояния, a и b — некие параметры. Такой потенциал состоит из двух частей. Первая, a/r, отвечает потенциалу, создаваемому одноглюонным обменом между кварком и антикварком, и называется кулоновской частью, поскольку повторяет вид кулоновского потенциала электромагнитного поля, также пропорционального 1/r. Вторая часть, br, отвечает эффекту конфайнмента кварков. Обычно при использовании данного подхода берётся удобная форма волновой функции кварков, а параметры a и b определяются путём подгонки к экспериментально измеренным значениям масс кваркониев. Релятивистские и прочие эффекты могут быть учтены путём добавления дополнительных членов к потенциалу, подобно тому, как это делается для атома водорода в нерелятивистской квантовой механике.

Последний метод не имеет качественного теоретического обоснования, однако весьма популярен, поскольку позволяет довольно точно предсказывать параметры кваркония, избегая длительных вычислений на решётке, а также разделяет влияние короткодействующего кулоновского потенциала и дальнодействующего эффекта конфайнмента. Это оказывается полезно для понимания характера сил между кварком и антикварком в КХД.

Значение[править | править вики-текст]

Изучение кваркония представляет интерес с точки зрения определения параметров кварк-глюонного взаимодействия. Мезоны проще для изучения, так как состоят только из двух кварков, а кварконий для этих целей подходит лучше всего из-за симметричности.

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Суффикс -оний (-onium) применяется для обозначения связанных систем, состоящих из частицы и соответствующей античастицы; иногда для таких систем используется общий термин оний.
  2. A new particle discovered by BaBar experiment. Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (6 July 2005). Проверено 6 марта 2010. Архивировано из первоисточника 11 марта 2012.
  3. B. Aubert et al. (BaBar Collaboration). Observation of a broad structure in the π+πJ/ψ mass spectrum around 4.26 GeV/c2 (2005).

Литература[править | править вики-текст]

  • Э. Д. Блум, Г. Дж. Фелдман, Кварконий, УФН, том 139, стр. 529—551, март 1983. DOI: 10.3367/UFNr.0139.198303f.0529
  • Г. В. Пахлова, П. Н. Пахлов, С. И. Эйдельман, Экзотический чармоний, УФН, том 180, стр. 225—248, март 2010. DOI: 10.3367/UFNr.0180.201003a.0225.