Кварконий

В физике элементарных частиц кварконий ( от кварка и -ониума , мн. кваркония ) представляет собой без запаха, мезон составляющими которого являются тяжелый кварк и собственный антикварк , что делает его одновременно нейтральной частицей и собственной античастицей . Название «кварконий» аналогично позитронию , связанному состоянию электрона и антиэлектрона . Частицы недолговечны из-за аннигиляции материи-антиматерии .

Легкие кварки

Основная статья: Векторный мезон

Легкие кварки ( верхние , нижние и странные ) гораздо менее массивны, чем более тяжелые кварки, поэтому физические состояния, фактически наблюдаемые в экспериментах ( η , η' и π ⁰ мезоны) представляют собой квантовомеханические смеси состояний легких кварков. Гораздо большая разница в массах между шармом , нижними кварками и более легкими кварками приводит к состояниям, которые хорошо определяются в терминах пары кварк-антикварк данного аромата.

Тяжелые кварки

Кварконий, связанное состояние чармония ( $c{\bar {c}}$) и боттоний ( $b{\bar {b}}$) пары являются важными зондами для изучения деконфайнментированной кварк-глюонной плазмы, образующейся в результате столкновений ультрарелятивистских тяжелых ионов . $\psi$ и $\Upsilon$ Семейства предоставляют прямое свидетельство кварковой структуры адронов , поддерживают кварк-глюонную картину пертурбативной квантовой хромодинамики (КХД) и помогают определить масштабный параметр КХД. $\Lambda$. Из-за большой массы топ-кварка прямое наблюдение топония ( $t{\bar {t}}$) чрезвычайно сложна, поскольку топ-кварк распадается в результате электрослабого взаимодействия до того, как может образоваться связанное состояние. Температура диссоциации состояний кваркония зависит от их энергии связи, при этом сильно связанные состояния, такие как $J/\psi$ и $\Upsilon (1S)$ плавление при более высоких температурах по сравнению со слабосвязанными состояниями, такими как $\psi (2S)$, $\chi _{c}$ для семейства чармония и $\Upsilon (2S)$, $\Upsilon (3S)$ для бототонии. Этот последовательный процесс диссоциации позволяет использовать вероятности диссоциации кваркония для оценки температуры среды, предполагая, что диссоциация кваркония является основным задействованным механизмом.

Чармоний

Смотрите также: J/ψ-мезон

Чармоний

В следующей таблице одна и та же частица может быть названа с помощью спектроскопических обозначений или ее массы. В некоторых случаях используются ряды возбуждения: ψ′ — первое возбуждение ψ (которое по историческим причинам называется
Дж/п
частица); ψ″ — второе возбуждение и так далее. То есть имена в одной ячейке являются синонимами.

Некоторые состояния предсказаны, но не идентифицированы; другие не подтверждены. Квантовые числа частицы X(3872) были недавно измерены в эксперименте LHCb в ЦЕРН. Это измерение пролило некоторый свет на его идентичность, исключив третий вариант из трех предусмотренных, а именно:

• гибридное состояние чармония
• а
  Д ⁰
  
  Д ^∗0
  молекула
• кандидат на 1 место ¹ Д ₂ Состояние

В 2005 году эксперимент BaBar объявил об открытии нового состояния: Y(4260) . CLEO и Belle с тех пор подтвердили эти наблюдения. Сначала считалось, что Y(4260) является состоянием чармония, но данные предлагают более экзотические объяснения, такие как «молекула» D, конструкция из 4 кварков или гибридный мезон .

Символ термина n 2 С +1 Л Джей	я Г ( Дж ПК ​ )	Частица	масса (МэВ/ c 2 )
1 1 С 0	0 + (0 −+ )	η с (1 С )	2 983 .4 ± 0.5
1 3 SS1	0 − (1 −− )	Дж/ψ (1 С )	3 096 .900 ± 0.006
1 1 PП1	0 − (1 +− )	ч с (1 П )	3 525 .38 ± 0.11
1 3 PP0	0 + (0 ++ )	х с 0 (1 П )	3 414 .75 ± 0.31
1 3 PП1	0 + (1 ++ )	х с 1 (1 П )	3 510 .66 ± 0.07
1 3 П 2	0 + (2 ++ )	х с 2 (1 П )	3 556 .20 ± 0.09
2 1 С 0	0 + (0 −+ )	η c (2 S ), или или' с	3 639 .2 ± 1.2
2 3 SS1	0 − (1 −− )	ψ (2S) или ψ (3686)	3 686 .097 ± 0.025
1 1 DД2	0 + (2 −+ )	η с 2 (1 Д )
1 3 Д 1	0 − (1 −− )	ψ (3770)	3 773 .13 ± 0.35
1 3 DД2	0 − (2 −− )	ψ 2 (1 Д )
1 3 Д 3	0 − (3 −− )	ψ 3 (1 Д ) [‡]
2 1 PП1	0 − (1 +− )	ч с (2 П ) [‡]
2 3 PP0	0 + (0 ++ )	х с 0 (2 П ) [‡]
2 3 PП1	0 + (1 ++ )	х с 1 (2 П ) [‡]
2 3 П 2	0 + (2 ++ )	х с 2 (2 П ) [‡]
? ? ? ?	0 + (1 ++ ) [ * ]	Х (3872)	3 871 .69 ± 0.17
? ? ? ?	? ? (1 −− ) [†]	И (4260)	4263 +8 −9

Примечания:

[ _* ] Требуется подтверждение.

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

[‡] Предсказано, но еще не идентифицировано.

Боттомониум

Боттомониум

Смотрите также: Ипсилон-мезон

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

Символ термина n 2 С +1 Л Джей	я Г ( Дж ПК ​ )	Частица	масса (МэВ/ c 2 )
1 1 С 0	0 + (0 −+ )	или б (1С)	9 390 .9 ± 2.8
1 3 SS1	0 − (1 −− )	ϒ (1С)	9 460 .30 ± 0.26
1 1 PП1	0 − (1 +− )	час б (1П)	9 899 .3 ± 0.8
1 3 PP0	0 + (0 ++ )	час б0 (1П)	9 859 .44 ± 0.52
1 3 PП1	0 + (1 ++ )	час б1 (1П)	9 892 .76 ± 0.40
1 3 П 2	0 + (2 ++ )	час б2 (1П)	9 912 .21 ± 0.40
2 1 С 0	0 + (0 −+ )	или б (2С)
2 3 SS1	0 − (1 −− )	ϒ (2С)	10 023 .26 ± 0.31
1 1 DД2	0 + (2 −+ )	или б 2 (1Д)
1 3 Д 1	0 − (1 −− )	ϒ (1Д)
1 3 DД2	0 − (2 −− )	ϒ 2 (1Д)	10 161 .1 ± 1.7
1 3 Д 3	0 − (3 −− )	ϒ 3 (1Д)
2 1 PП1	0 − (1 +− )	час б (2П)	10 259 .8 ± 1.2
2 3 PP0	0 + (0 ++ )	час б0 (2П)	10 232 .5 ± 0.6
2 3 PП1	0 + (1 ++ )	час б1 (2П)	10 255 .46 ± 0.55
2 3 П 2	0 + (2 ++ )	час б2 (2П)	10 268 .65 ± 0.55
3 3 SS1	0 − (1 −− )	ϒ (3С)	10 355 .2 ± 0.5
3 3 PП1	0 + (1 ++ )	час б1 (3П)	10 513 ,42 ± 0,41 (стат.) ± 0,53 (систем.)
3 3 П 2	0 + (2 ++ )	час б2 (3П)	10 524,02 ) ± 0,57 (стат.) ± 0,53 (систем.
4 3 SS1	0 − (1 −− )	ϒ (4 С ) или ϒ (10580)	10 579 .4 ± 1.2
5 3 SS1	0 − (1 −− )	ϒ (5S) или ϒ (10860)	10 865 ± 8
6 3 SS1	0 − (1 −− )	ϒ (11020)	11 019 ± 8

Примечания :

[ _* ] Предварительные результаты. Требуется подтверждение.

The
ϒ
Состояние (1S) было обнаружено экспериментальной группой E288 под руководством Леона Ледермана в Фермилабе в 1977 году и стало первой обнаруженной частицей, содержащей нижний кварк. 21 декабря 2011 года
час
_{Состояние b2} (3P) было первой частицей, обнаруженной в Большом адроном коллайдере ; статья об открытии была впервые опубликована на arXiv . В апреле 2012 года эксперимент Тэватрона DØ подтвердил результат в статье, опубликованной в Physical Review D. Состояния J = 1 и J = 2 были впервые разрешены экспериментом CMS в 2018 году.

Топониум

Основная статья: Тета-мезон

Топониум

Топоний — это гипотетическое связанное состояние топ-кварка ( $t$) и его античастица, верхний антикварк ( ${\bar {t}}$). Хотя стандартная калибровочная теория предсказывает существование $t$-кварк, завершающий третье семейство кварков-лептонов, пытается наблюдать топоний $(t{\bar {t}})$ оказались безуспешными. Быстрый распад топ-кварка и большой разброс энергии пучка представляют собой серьезные экспериментальные проблемы. Несмотря на это, поиски продолжаются косвенными методами, такими как обнаружение специфических продуктов распада или аномалий, указывающих на пары топ-кварков. Изучение распадов топония предлагает многообещающий подход к поиску частиц Хиггса с массой примерно до 70 ГэВ, в то время как аналогичные поиски в распадах боттомония могут расширить этот диапазон до 160 ГэВ. Кроме того, изучение ширины распада глюонов в легких кваркониях может помочь определить масштабный параметр квантовой хромодинамики (КХД).

КХД и кварконий

Вычисление свойств мезонов в квантовой хромодинамике (КХД) является полностью непертурбативным . В результате единственным доступным общим методом является прямое вычисление с использованием методов решеточной КХД (LQCD). Однако для тяжелого кваркония эффективны и другие методы.

Легкие кварки в мезоне движутся с релятивистскими скоростями, поскольку масса связанного состояния намного больше массы кварка. Однако скорость очарования и нижних кварков в соответствующих кваркониях достаточно мала, чтобы релятивистские эффекты в этих состояниях были значительно уменьшены. Предполагается, что скорость, $\mathbf {v}$, примерно в 0,3 раза превышает скорость света для чармония и примерно в 0,1 раза превышает скорость света для боттомония. Затем расчет можно аппроксимировать разложением по степеням $\mathbf {v} /c$ и $v^{2}/c^{2}$. Этот метод называется нерелятивистской КХД (NRQCD).

NRQCD также была квантована как калибровочная теория решетки , которая предоставляет еще один метод для использования расчетов LQCD. Было обнаружено хорошее согласие с массами боттомония, и это обеспечивает один из лучших непертурбативных тестов LQCD. Для чармониевых масс соглашение не так хорошо, но сообщество LQCD активно работает над улучшением своих методов. Ведутся также работы по расчетам таких свойств, как ширины состояний кваркониев и скорости перехода между состояниями.

Ранний, но все еще эффективный метод использует модели эффективного потенциала для расчета масс состояний кваркония. В этом методе 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. Одной из наиболее популярных потенциальных моделей является так называемый Корнелла (или воронкообразный ) потенциал :

$V(r)=-{\frac {a}{r}}+b\,r,$

где $r$ – эффективный радиус состояния кваркония, $a$ и $b$ являются параметрами.

Этот потенциал состоит из двух частей. Первая часть, $a/r$, соответствует потенциалу, индуцированному одноглюонным обменом между кварком и его антикварком, и известен как кулоновская часть потенциала, поскольку его $1/r$ форма идентична известному кулоновскому потенциалу, индуцированному электромагнитной силой.

Вторая часть, $b\,r$, известен как ограничивающая часть потенциала и параметризует плохо изученные непертурбативные эффекты КХД. Обычно при использовании этого подхода принимается удобный вид волновой функции кварков, а затем $a$ и $b$ определяются путем подгонки результатов расчетов к массам хорошо измеренных состояний кваркония. Релятивистские и другие эффекты могут быть включены в этот подход путем добавления дополнительных членов к потенциалу, примерно так же, как это делается для модельного атома водорода в нерелятивистской квантовой механике.

Эта форма была получена из КХД с точностью до ${\mathcal {O}}(\Lambda _{\text{QCD}}^{3}\,r^{2})$Сумино (2003). Он популярен, поскольку позволяет точно предсказывать параметры кваркония без длительных расчетов решетки и обеспечивает разделение между кулоновскими на больших расстояниях эффектами на коротких расстояниях и эффектами ограничения , что может быть полезно для понимания генерируемых кварковых / антикварковых сил. по КХД.

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

См. также

• Правило СООБЩЕНИЯ