Экзотический мезон

Мезонные частицы, которые не вписываются в кварковую модель

В физике элементарных частиц экзотические мезоны — это мезоны , имеющие квантовые числа , невозможные в кварковой модели ; некоторые предложения для нестандартных кварковых мезонов могут быть следующими:

глюболы или глюоний: У глюболов вообще нет валентных кварков .
тетракварки: Тетракварки имеют две валентные пары кварк-антикварк.
гибридные мезоны: Гибридные мезоны содержат валентную пару кварк-антикварк и один или несколько глюонов .

Все экзотические мезоны классифицируются как мезоны, потому что они являются адронами и несут нулевое барионное число . Из них глюболы должны быть синглетами аромата – то есть должны иметь нулевой изоспин , странность , очарование , низинность и верховность . Как и все состояния частиц, экзотические мезоны определяются квантовыми числами, которые маркируют представления симметрии Пуанкаре , qe, массой ( заключенной в скобки) и $J PC$ , где $J$ – угловой момент , $P$ – внутренняя четность , а $C$ – четность сопряжения зарядов ; Также часто указывается изоспин $I$ мезона. Обычно каждый мезон кварковой модели входит в нонет аромата SU(3) : октет и связанный с ним синглет аромата. Глюбол появляется как дополнительная ( сверхштатная ) частица вне нонета.

Несмотря на такой, казалось бы, простой подсчет, назначение любого данного состояния в качестве глюбола, тетракварка или гибрида остается предварительным даже сегодня, отсюда предпочтение более общему термину экзотический мезон . Даже когда есть согласие, что одно из нескольких состояний является одним из этих некварковых модельных мезонов, степень смешивания и точное назначение чревато неопределенностями. Существует также значительный экспериментальный труд по назначению квантовых чисел каждому состоянию и их перекрестной проверке в других экспериментах. В результате все назначения за пределами кварковой модели являются предварительными. Оставшаяся часть этой статьи описывает ситуацию, какой она была в конце 2004 года.

Предсказания решетки

Предсказания решеточной КХД для глюболов теперь достаточно обоснованы, по крайней мере, когда виртуальные кварки игнорируются. Два самых низких состояния

0 ⁺⁺ с массой1,611 ± 0,163 ГэВ/ c ² и

2 ⁺⁺ с массой2,232 ± ^0,310 ГэВ/ с2

Ожидается, что 0 ⁻⁺ и экзотические глюболы, такие как 0 ^{−−, будут располагаться выше}2 ГэВ/ c ^2. Глюболы обязательно изоскалярны (как для сильного изоспина , так и тривиально для слабого изоспина ), при этом $I = T = 0$ .

Гибридные мезоны основного состояния 0 ⁻⁺ , 1 ⁻⁺ , 1 ⁻⁻ и 2 ⁻⁺ все лежат немного ниже2 ГэВ/ c ² . Гибрид с экзотическими квантовыми числами 1 ⁻⁺ находится в1,9 ± 0,2 ГэВ/ c ² . Лучшие расчеты решетки на сегодняшний день сделаны в приближении замороженных частиц , которое пренебрегает виртуальными петлями кварков. В результате эти расчеты пропускают смешивание с мезонными состояниями.

0⁺⁺состояния

Данные показывают пять изоскалярных резонансов: $f$ ₀ (500), $f$ ₀ (980), $f$ ₀ (1370), $f$ ₀ (1500) и $f$ ₀ (1710). Из них $f$ ₀ (500) обычно отождествляется с $σ$ хиральных моделей . Распады и рождение $f$ ₀ (1710) дают веские доказательства того, что он также является мезоном.

кандидат на роль глюбола

F ₀ (1370) и $f$ ₀ (1500) не могут быть оба мезонами кварковой модели, потому что один из них является сверхштатным. Образование состояния с большей массой в двухфотонных реакциях , таких как реакции $2γ \to 2π$ или $2γ \to 2K,$ $сильно$ подавлено. Распады также дают некоторые свидетельства того, что один из них может быть глюболом.

Кандидат на тетракварк

Некоторые авторы определили f 0 (980) как тетракварковый мезон, наряду с состояниями _I $=$ 1 $a$ ₀ $($ 980) и $κ$ ₀ (800). Два долгоживущих ( узких на жаргоне спектроскопии частиц) состояния: скалярное (0 ⁺⁺ ) состояние
Д^*±
_{с Дж}(2317) и векторный (1 ⁺ ) мезон
Д^*±
_{с Дж}(2460), наблюдаемые на CLEO и BaBar , также были предварительно идентифицированы как состояния тетракварка. Однако для них возможны и другие объяснения.

2⁺⁺состояния

Определенно идентифицированы два изоскалярных состояния: $f$ ₂ (1270) и $f$ ₂ ′(1525). Никакие другие состояния не были последовательно идентифицированы всеми экспериментами. Поэтому трудно сказать больше об этих состояниях.

1⁻⁺и другие штаты

Два изовекторных экзотических состояния $π$ ₁ (1400) и $π$ ₁ (1600) кажутся хорошо установленными экспериментально. ^[1]^[2]^[3] Недавний анализ связанных каналов показал, что эти состояния, которые изначально считались отдельными, согласуются с одним полюсом. Второе экзотическое состояние нежелательно. ^[4] Назначение этих состояний как гибридов является предпочтительным. Расчеты решеточной КХД показывают, что легчайшее $π$ ₁ с квантовыми числами 1 ⁻⁺ имеет сильное перекрытие с операторами, имеющими глюонную конструкцию. ^[5]

π (1800) 0 $-$ ⁺ , $ρ$ (1900) 1 ⁻⁻ и $η$ ² (1870) 2 ⁻⁺ являются довольно хорошо идентифицированными состояниями, которые были предварительно идентифицированы некоторыми авторами как гибриды. Если эта идентификация верна, то это замечательное согласие с решеточными вычислениями, которые помещают несколько гибридов в этот диапазон масс.

Смотрите также

Кварковая модель , мезоны , барионы , кварки и глюоны
Экзотические адроны и экзотические барионы
Квантовая хромодинамика , аромат и вакуум КХД
GlueX — эксперимент, который исследует спектр глюболов и экзотических мезонов.

Ссылки

^ Алексеев, МГ; Алексахин, В.Ю.; Александров, Ю.; Алексеев, ГД; Аморосо, А.; Аустрегесило, А.; и др. (2018). "Наблюдение экзотического резонанса J ^PC =1 ⁻⁺ при дифракционной диссоциации 190 ГэВ/ c ² π ⁻ в π ⁻ π ⁻ π ⁺ ". Physical Review Letters . 104 (24): 092003. arXiv : 1802.05913 . doi :10.1103/PhysRevLett.104.241803. PMID 20867295. S2CID 24961203.
^ Агасян, М.; Алексеев, М.Г.; Алексеев, Г.Д.; Аморосо, А.; Андриё, В.; Анфимов, Н.В.; и др. (2018). "Световые изовекторные резонансы в π ⁻ p → π ⁻ π ⁻ π ⁺ p при 190 ГэВ/ с ² ". Физический обзор D . 98 (9): 241803. arXiv : 0910.5842 . Бибкод : 2018PhRvD..98i2003A. doi :10.1103/PhysRevD.98.092003. S2CID 119247683.
^ Адольф, К.; Ахунзянов Р.; Алексеев, М.Г.; Алексеев, Г.Д.; Аморосо, А.; Андриё, В.; и др. (2015). «Нечетные и четные парциальные волны ηπ ⁻ и η′π ⁻ в π ⁻ p → η(′)π ⁻ p при 191 ГэВ/ c ² ». Буквы по физике Б. 740 : 303–311 . arXiv : 1408.4286 . doi :10.1016/j.physletb.2014.11.058.
^ Родас, А.; Пиллони, А.; Альбаладехо, М.; Фернандес-Рамирес, К.; Джекура, А.; Матье, В.; и др. (Объединенный центр физического анализа) (2019). «Определение положения полюса самого легкого кандидата в гибридные мезоны». Physical Review Letters . 122 (4): 042002. arXiv : 1810.04171 . Bibcode :2019PhRvL.122d2002R. doi :10.1103/PhysRevLett.122.042002. PMID 30768338. S2CID 73455324.
^ Дудек, Йозеф Дж.; Эдвардс, Роберт Г.; Го, Пэн; Томас, Кристофер Э. (2013). «К спектру возбужденных изоскалярных мезонов из решеточной КХД». Physical Review D. 88 ( 9): 094505. arXiv : 1309.2608 . Bibcode : 2013PhRvD..88i4505D. doi : 10.1103/PhysRevD.88.094505. S2CID 62879574.

Дальнейшее чтение

Яо, В.-М.; и др. ( Группа данных по частицам ) (2006). "Обзор физики частиц: не-qq мезоны" (PDF) . Журнал физики G. 33 ( 1): 1. arXiv : astro-ph/0601168 . Bibcode : 2006JPhG...33....1Y. doi : 10.1088/0954-3899/33/1/001.

[1] Алексеев, МГ; Алексахин, В.Ю.; Александров, Ю.; Алексеев, ГД; Аморосо, А.; Аустрегесило, А.; и др. (2018). "Наблюдение экзотического резонанса J ^PC =1 ⁻⁺ при дифракционной диссоциации 190 ГэВ/ c ² π ⁻ в π ⁻ π ⁻ π ⁺ ". Physical Review Letters . 104 (24): 092003. arXiv : 1802.05913 . doi :10.1103/PhysRevLett.104.241803. PMID 20867295. S2CID 24961203.

[2] Агасян, М.; Алексеев, М.Г.; Алексеев, Г.Д.; Аморосо, А.; Андриё, В.; Анфимов, Н.В.; и др. (2018). "Световые изовекторные резонансы в π ⁻ p → π ⁻ π ⁻ π ⁺ p при 190 ГэВ/ с ² ". Физический обзор D . 98 (9): 241803. arXiv : 0910.5842 . Бибкод : 2018PhRvD..98i2003A. doi :10.1103/PhysRevD.98.092003. S2CID 119247683.

[3] Адольф, К.; Ахунзянов Р.; Алексеев, М.Г.; Алексеев, Г.Д.; Аморосо, А.; Андриё, В.; и др. (2015). «Нечетные и четные парциальные волны ηπ ⁻ и η′π ⁻ в π ⁻ p → η(′)π ⁻ p при 191 ГэВ/ c ² ». Буквы по физике Б. 740 : 303–311 . arXiv : 1408.4286 . doi :10.1016/j.physletb.2014.11.058.

[4] Родас, А.; Пиллони, А.; Альбаладехо, М.; Фернандес-Рамирес, К.; Джекура, А.; Матье, В.; и др. (Объединенный центр физического анализа) (2019). «Определение положения полюса самого легкого кандидата в гибридные мезоны». Physical Review Letters . 122 (4): 042002. arXiv : 1810.04171 . Bibcode :2019PhRvL.122d2002R. doi :10.1103/PhysRevLett.122.042002. PMID 30768338. S2CID 73455324.

[5] Дудек, Йозеф Дж.; Эдвардс, Роберт Г.; Го, Пэн; Томас, Кристофер Э. (2013). «К спектру возбужденных изоскалярных мезонов из решеточной КХД». Physical Review D. 88 ( 9): 094505. arXiv : 1309.2608 . Bibcode : 2013PhRvD..88i4505D. doi : 10.1103/PhysRevD.88.094505. S2CID 62879574.