Кварконий
| Антиматерия |
|---|
 |
В физике элементарных частиц кварконий ( от кварка и -ония , мн. ч. кварконий ) — безвкусный мезон , составляющими которого являются тяжёлый кварк и его собственный антикварк , что делает его одновременно нейтральной частицей и его собственной античастицей . Название «кварконий» аналогично позитронию , связанному состоянию электрона и антиэлектрона . Частицы недолговечны из-за аннигиляции материи и антиматерии .
Легкие кварки
Легкие кварки ( верхний , нижний и странный ) гораздо менее массивны, чем более тяжелые кварки, и поэтому физические состояния, которые фактически наблюдаются в экспериментах ( η , η′ и π 0 мезоны), являются квантово-механическими смесями состояний легких кварков. Значительно большая разница в массах между очарованными и b -кварками и более легкими кварками приводит к состояниям, которые хорошо определяются в терминах пары кварк-антикварк заданного аромата.
Тяжелые кварки
Кварконии, связанные состояния пар чармония ( ) и боттомония ( ), являются важнейшими зондами для изучения деконфайнментированной кварк-глюонной плазмы, созданной в ультрарелятивистских столкновениях тяжелых ионов. [1] Семейства и предоставляют прямые доказательства кварковой структуры адронов , поддерживают кварк-глюонную картину пертурбативной квантовой хромодинамики (QCO) и помогают определить масштабный параметр КХД . Из-за большой массы верхнего кварка прямое наблюдение топония ( ) чрезвычайно сложно, поскольку верхний кварк распадается через электрослабое взаимодействие до того, как может образоваться связанное состояние. Температура диссоциации состояний кваркония зависит от их энергии связи, при этом сильно связанные состояния, такие как и , плавятся при более высоких температурах по сравнению со слабосвязанными состояниями, такими как , для семейства чармония, и , для боттомония. Этот последовательный процесс диссоциации позволяет использовать вероятности диссоциации кваркония для оценки температуры среды, предполагая, что диссоциация кваркония является основным задействованным механизмом. [2]
Чармоний
В следующей таблице одна и та же частица может быть названа спектроскопическим обозначением или ее массой. В некоторых случаях используются серии возбуждения: ψ′ — первое возбуждение ψ (которое по историческим причинам называется
Дж/ψ
частица); ψ″ — второе возбуждение и т. д. То есть, имена в одной и той же ячейке являются синонимами.
Некоторые из состояний предсказаны, но не идентифицированы; другие не подтверждены. Квантовые числа частицы X(3872) были недавно измерены экспериментом LHCb в ЦЕРНе. [3] Это измерение пролило свет на ее идентичность, исключив третий вариант из трех предполагаемых, которые:
- гибридное состояние чармония
- а
Д0
Д∗0
молекула - кандидат на должность 1 1 D 2
В 2005 году эксперимент BaBar объявил об открытии нового состояния: Y(4260) . [4] [5] С тех пор CLEO и Belle подтвердили эти наблюдения. Сначала считалось, что Y(4260) является состоянием чармония, но данные свидетельствуют о более экзотических объяснениях, таких как D-"молекула", 4-кварковая конструкция или гибридный мезон .
| Символ термина n 2 S +1 L J | ИГ ( ДжПЦ ) | Частица | масса (МэВ/ c2 ) [ 6] |
|---|---|---|---|
| 1 1 С 0 | 0 + (0 −+ ) | ηc(1 S ) | 2 983 .4 ± 0.5 |
| 1 3 С 1 | 0 − (1 −− ) | Дж/ψ (1 S ) | 3 096 .900 ± 0,006 |
| 1 1 П 1 | 0 − (1 +− ) | хк(1 П ) | 3 525 .38 ± 0.11 |
| 1 3 П 0 | 0 + (0 ++ ) | χc0(1 P ) | 3 414 .75 ± 0.31 |
| 1 3 П 1 | 0 + (1 ++ ) | χ c 1 (1 P ) | 3 510 .66 ± 0.07 |
| 1 3 П 2 | 0 + (2 ++ ) | χ c 2 (1 P ) | 3 556 .20 ± 0.09 |
| 2 1 С 0 | 0 + (0 −+ ) | η c (2 S ), или η′ с | 3 639 .2 ± 1.2 |
| 2 3 С 1 | 0 − (1 −− ) | ψ (2S) или ψ (3686) | 3 686 .097 ± 0.025 |
| 1 1 Д 2 | 0 + (2 −+ ) | η c 2 (1 D ) | |
| 1 3 Д 1 | 0 − (1 −− ) | ψ (3770) | 3 773 .13 ± 0.35 |
| 1 3 Д 2 | 0 − (2 −− ) | ψ2 ( 1D ) | |
| 1 3 Д 3 | 0 − (3 −− ) | ψ 3 (1 D ) [‡] | |
| 2 1 П 1 | 0 − (1 +− ) | ч с (2 П ) [‡] | |
| 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 .69 ± 0.17 |
| ? ? ? ? | ? ? (1 −− ) [†] | И (4260) | 4263+8 −9 |
Примечания:
- [ * ] Требуется подтверждение.
- [†] Интерпретация как 1 −− состояния чармония не приветствуется.
- [‡] Предсказано, но пока не определено.
Боттомониум
В следующей таблице одна и та же частица может быть названа спектроскопическим обозначением или ее массой. Некоторые из состояний предсказаны, но не были идентифицированы; другие не подтверждены.
| Символ термина n 2 S +1 L J | ИГ ( ДжПЦ ) | Частица | масса (МэВ/ c2 ) [ 7] |
|---|---|---|---|
| 1 1 С 0 | 0 + (0 −+ ) | η б(1С) | 9 390 .9 ± 2.8 |
| 1 3 С 1 | 0 − (1 −− ) | ϒ (1С) | 9 460 .30 ± 0.26 |
| 1 1 П 1 | 0 − (1 +− ) | час б(1П) | 9 899 .3 ± 0.8 |
| 1 3 П 0 | 0 + (0 ++ ) | χ б0(1П) | 9 859 .44 ± 0.52 |
| 1 3 П 1 | 0 + (1 ++ ) | χ б1(1П) | 9 892 .76 ± 0.40 |
| 1 3 П 2 | 0 + (2 ++ ) | χ б2(1П) | 9 912 .21 ± 0.40 |
| 2 1 С 0 | 0 + (0 −+ ) | η б(2С) | |
| 2 3 С 1 | 0 − (1 −− ) | ϒ (2С) | 10 023 .26 ± 0.31 |
| 1 1 Д 2 | 0 + (2 −+ ) | η б2 (1Д) | |
| 1 3 Д 1 | 0 − (1 −− ) | ϒ (1D) | |
| 1 3 Д 2 | 0 − (2 −− ) | ϒ 2 (1Д) | 10 161 .1 ± 1.7 |
| 1 3 Д 3 | 0 − (3 −− ) | ϒ 3 (1Д) | |
| 2 1 П 1 | 0 − (1 +− ) | час б(2П) | 10 259 .8 ± 1.2 |
| 2 3 П 0 | 0 + (0 ++ ) | χ б0(2П) | 10 232 .5 ± 0.6 |
| 2 3 П 1 | 0 + (1 ++ ) | χ б1(2П) | 10 255 .46 ± 0.55 |
| 2 3 П 2 | 0 + (2 ++ ) | χ б2(2П) | 10 268 .65 ± 0.55 |
| 3 3 С 1 | 0 − (1 −− ) | ϒ (3С) | 10 355 .2 ± 0.5 |
| 3 3 П 1 | 0 + (1 ++ ) | χ б1(3П) | 10 513 .42 ± 0,41 (стат.) ± 0,53 (сист.) [8] |
| 3 3 П 2 | 0 + (2 ++ ) | χ б2(3П) | 10 524 .02 ± 0,57 (стат.) ± 0,53 (сист.) [8] |
| 4 3 С 1 | 0 − (1 −− ) | ϒ (4 С ) или ϒ (10580) | 10 579 .4 ± 1.2 |
| 5 3 С 1 | 0 − (1 −− ) | ϒ (5S) или ϒ (10860) | 10 865 ± 8 |
| 6 3 С 1 | 0 − (1 −− ) | ϒ (11020) | 11 019 ± 8 |
Примечания :
- [ * ] Предварительные результаты. Требуется подтверждение.
The
ϒ
Состояние (1S) было открыто экспериментальной группой E288 под руководством Леона Ледермана в Фермилабе в 1977 году и стало первой обнаруженной частицей, содержащей b-кварк. 21 декабря 2011 года
χ
б2Состояние (3P) было первой частицей, обнаруженной в Большом адронном коллайдере ; статья об открытии была впервые опубликована на arXiv . [9] [10] В апреле 2012 года эксперимент DØ на Tevatron подтвердил результат в статье, опубликованной в Physical Review D. [ 11] [12]
Состояния J = 1 и J = 2 были впервые разрешены экспериментом CMS в 2018 году. [8]
Топоний
Топоний — это гипотетическое связанное состояние топ-кварка ( ) и его античастицы, топ-антикварка ( ). [13] В то время как стандартная калибровочная теория предсказывает существование -кварка , чтобы завершить третье кварк-лептонное семейство, попытки наблюдать топоний оказались безуспешными. Быстрый распад топ- кварка и большой разброс в энергии пучка представляют значительные экспериментальные проблемы. [14] [15] Несмотря на это, поиски продолжаются с помощью косвенных методов, таких как обнаружение определенных продуктов распада или аномалий, указывающих на пары топ-кварков. Изучение распадов топония предлагает многообещающий подход к поиску частиц Хиггса с массами примерно до 70 ГэВ, в то время как аналогичные поиски в распадах боттономония могут расширить этот диапазон до 160 ГэВ. Кроме того, изучение ширин распада глюонов в легких кваркониях может помочь определить масштабный параметр квантовой хромодинамики (КХД). [16]
![[икона]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/1c/Wiki_letter_w_cropped.svg/1280px-Wiki_letter_w_cropped.svg.png) | Этот раздел нуждается в расширении . Вы можете помочь, дополнив его. ( Апрель 2017 ) |
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 (ЛКХД). [ необходима цитата ] 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 очарованного и нижнего кварков в их соответствующих кваркониях достаточно мала, чтобы релятивистские эффекты в этих состояниях были значительно уменьшены. Подсчитано, что скорость, , составляет примерно 0,3 скорости света для чармония и примерно 0,1 скорости света для боттомония. Затем вычисление можно аппроксимировать разложением по степеням и . Этот метод называется нерелятивистской КХД (NRQCD).
NRQCD также была квантована как решеточная калибровочная теория , которая предоставляет другой метод для использования расчетов LQCD. Было найдено хорошее согласие с массами боттомония, и это обеспечивает один из лучших непертурбативных тестов LQCD. Для масс чармония согласие не такое хорошее, но сообщество LQCD активно работает над улучшением своих методов. Также ведется работа по расчетам таких свойств, как ширина состояний кваркония и скорости переходов между состояниями.
Ранняя, но все еще эффективная техника использует модели эффективного потенциала для расчета 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, подобно нерелятивистским моделям атома водорода. Одной из самых популярных потенциальных моделей является так называемый потенциал Корнелла (или воронкообразный ) : [17]
где — эффективный радиус состояния кваркония, а — параметры.
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 электромагнитной силой.
Вторая часть, , известна как часть ограничения потенциала и параметризует плохо изученные непертурбативные эффекты КХД. Обычно при использовании этого подхода берется удобная форма для волновой функции кварков, а затем и 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, во многом так же, как это делается для модельного атома водорода в нерелятивистской квантовой механике.
Эта форма была выведена из КХД до Сумино (2003). [18] Она популярна, поскольку позволяет делать точные предсказания параметров кваркония без длительных вычислений решетки и обеспечивает разделение между кулоновскими эффектами на коротких расстояниях и эффектами ограничения на больших расстояниях , которые могут быть полезны для понимания силы кварка/антикварка, генерируемой 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.
Смотрите также
Ссылки
- ^ Мацуи, Т.; Сатц, Х. (1986-06-01). Подавление J/Ψ с помощью образования кварк-глюонной плазмы (отчет). Офис научной и технической информации (OSTI). doi :10.2172/1118865.
- ^ Digal, S.; Petreczky, P.; Satz, H. (2001-10-08). "Quarkonium feed-down and sequence suppression". Physical Review D. 64 ( 9): 094015. arXiv : hep-ph/0106017 . Bibcode : 2001PhRvD..64i4015D. doi : 10.1103/physrevd.64.094015. ISSN 0556-2821.
- ^ Aaij, R.; et al. (коллаборация LHCb) (2013). «Определение квантовых чисел мезона X(3872)». Physical Review Letters . 110 (22): 222001. arXiv : 1302.6269 . Bibcode : 2013PhRvL.110v2001A. doi : 10.1103/PhysRevLett.110.222001. PMID 23767712. S2CID 11478351.
- ^ «Новая частица, открытая экспериментом БаБара» . Национальный институт ядерной физики . 6 июля 2005 г. Проверено 6 марта 2010 г.
- ^ Оберт, Б. и др. ( BaBar Collaboration ) (2005). «Наблюдение широкой структуры в спектре масс π + π − J/ψ вокруг4,26 ГэВ/ c 2 ". Physical Review Letters . 95 (14): 142001. arXiv : hep-ex/0506081 . Bibcode : 2005PhRvL..95n2001A. doi : 10.1103/PhysRevLett.95.142001. PMID 16241645. S2CID 32538123.
- ^ "cc-мезоны (включая, возможно, не-qq-состояния).
- ^ "bb-мезоны (включая, возможно, не-qq-состояния).
- ^ abc Сирунян, AM; et al. ( CMS Collaboration ) (2018). "Наблюдение χb1(3P) и χb2(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.; et al. ( Сотрудничество ATLAS ) (2012). «Наблюдение нового состояния χb при радиационных переходах в ϒ(1S) и ϒ(2S) в 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.). «БАК сообщает об открытии своей первой новой частицы». BBC .
- ^ "Эксперимент Tevatron подтверждает открытие частицы Chi-b (P3) на LHC". Симметрия . 9 апреля 2012 г.
- ^ "Наблюдение узкого массового состояния, распадающегося на ϒ(1S) + γ в pp-столкновениях при 1,96 ТэВ" (PDF) . www-d0.fnal.gov .
- ^ Мартин, Андре (1988), «Физика топония», кварки, лептоны и их составляющие , Бостон, Массачусетс: Springer US, стр. 447–477 , doi :10.1007/978-1-4613-0889-8_11, ISBN 978-1-4612-8230-3, получено 2024-06-08
- ^ В. Бухмюллер (ЦЕРН), Андре Мартин (ЦЕРН), Иоганн Х. Кун (Мюнхен, Институт Макса Планка), Ф. Ришар (Орсе, LAL), П. Рудо (Орсе, LAL) (1985). «ФИЗИКА ТОПОНИЯ НА ЛЭП» (PDF) .
{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Фукс, Бенджамин; Хагивара, Каору; Ма, Кай; Чжэн, Я-Хуан (2021-08-20). «Признаки образования топония в данных LHC run 2». Physical Review D. 104 ( 3): 034023. arXiv : 2102.11281 . Bibcode : 2021PhRvD.104c4023F. doi : 10.1103/PhysRevD.104.034023. ISSN 2470-0010.
- ^ Kühn, JH; Zerwas, PM (сентябрь 1988 г.). «Сценарий топония». Physics Reports . 167 (6): 321– 403. Bibcode : 1988PhR...167..321K. doi : 10.1016/0370-1573(88)90075-0. ISSN 0370-1573.
- ^ Chung, Hee Sok; Lee, Jungil; Kang, Daekyoung (2008). «Параметры потенциала Корнелла 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.
- ^ Сумино, Y. (2003). "Потенциал КХД как "кулоновский-плюс-линейный" потенциал". Physics Letters B. 571 ( 3– 4 ): 173– 183. arXiv : hep-ph/0303120 . Bibcode : 2003PhLB..571..173S. doi : 10.1016/j.physletb.2003.05.010. S2CID 9000097.
