Mesón

En física de partículas, mesones (o) están partículas subatómicas hadronic formadas de un cuark y un anticuark, ligado juntos por la interacción fuerte. Como los mesones se forman de subpartículas, tienen una talla física, con un radio aproximadamente un femtometre, que es sobre la talla de un protón o neutrón. Todos los mesones son inestables, con la duración vivida del modo más largo para sólo unos centésimo de un microsegundo. Decaimiento de mesones cargado (a veces a través de partículas intermedias) para formar electrones y neutrinos. Los mesones no cargados pueden decaer a fotones.

Los mesones no son producidos por el decaimiento radiactivo, pero aparecen en la naturaleza sólo como productos efímeros de interacciones muy de gran energía en el asunto, entre partículas hechas de cuarkes. En interacciones del rayo cósmicas, por ejemplo, tales partículas son protones ordinarios y neutrones. Los mesones también con frecuencia se producen artificialmente en aceleradores de partículas de gran energía que chocan protones, antiprotones u otras partículas que contienen cuarkes.

En la naturaleza, la importancia de mesones más ligeros consiste en que son las partículas de campaña por el quántum asociadas que transmiten la fuerza nuclear, del mismo modo que los fotones son las partículas que transmiten la fuerza electromagnética. La energía más alta los mesones (más masivos) se crearon momentáneamente en el Big Bang, pero no se piensan desempeñar un papel en la naturaleza hoy. Sin embargo, tales partículas con regularidad se crean en experimentos, a fin de entender la naturaleza de los tipos más pesados del cuark que forman los mesones más pesados.

Los mesones son la parte de la familia de la partícula hadron, definida simplemente como partículas formadas de cuarkes. Los otros miembros de la familia hadron son el baryons: partículas subatómicas formadas de tres cuarkes más bien que dos. Algunos experimentos muestran pruebas de tetraquarks — mesones "exóticos" hechos de dos cuarkes y dos anticuarkes; la comunidad de la física de partículas considera su existencia como improbable, aunque posible. Ya que los cuarkes tienen una vuelta de, la diferencia en el número del cuark entre mesones y baryons causa mesones que son bosons mientras baryons son fermions.

Cada tipo del mesón tiene una antipartícula correspondiente (antimesón) en el cual los cuarkes son sustituidos por sus anticuarkes correspondientes y viceversa. Por ejemplo, pion positivo se hace de uno el cuark y un abajo anticuark; y su antipartícula correspondiente, pion negativo , se hace de uno el anticuark y un abajo cuark.

Ya que los mesones se forman de cuarkes, participan tanto en las interacciones débiles como en fuertes. Los mesones con la carga eléctrica neta también participan en la interacción electromagnética. Se clasifican según su contenido del cuark, momento angular total, paridad y varias otras propiedades como C-paridad y G-paridad. Mientras ningún mesón es estable, aquellos de la masa inferior son sin embargo más estables que los mesones más masivos y son más fáciles a observar y estudiar en aceleradores de partículas o en experimentos del rayo cósmicos. También son típicamente menos masivos que baryons, suponiendo que más fácilmente se producen en experimentos, y así exponen ciertos fenómenos de la energía más altos más fácilmente que baryons formado de los mismos cuarkes iba. Por ejemplo, el cuark del encanto se vio primero en el mesón J/Psi en 1974, y el cuark del fondo en el mesón del ípsilon en 1977.

Historia

De consideraciones teóricas, Hideki Yukawa en 1934 predijo la existencia y la masa aproximada del "mesón" como el transportista de la fuerza nuclear que mantiene núcleos atómicos unidos. Si no hubiera ninguna fuerza nuclear, todos los núcleos con dos o más protones volarían aparte debido a la repulsión electromagnética. Yukawa llamó su partícula del transportista el mesón, de mesos, la palabra griega para el intermedio, porque su masa predita estaba entre ese del electrón y ese del protón, que tiene aproximadamente 1,836 veces la masa del electrón. Yukawa había llamado al principio su partícula el "mesotron", pero fue corregido por el físico Werner Heisenberg (cuyo padre era un profesor de griego en la universidad de Munich). Heisenberg indicó que no hay ningún "tr" en la palabra griega "mesos".

El primer candidato por el mesón de Yukawa, luego dobló el "mu mesón" (o muon) era 1936 descubierto por Carl David Anderson y otros en los productos del decaimiento de interacciones del rayo cósmicas. El mesón mu tenía sobre la masa correcta para ser el transportista de Yukawa de la fuerza nuclear fuerte, pero sobre el curso de la próxima década, se hizo evidente que no era la partícula correcta. Se encontró finalmente que el mesón mu no participó en la interacción nuclear fuerte en absoluto, pero mejor dicho se comportó como una versión pesada del electrón y es de hecho un lepton, más bien que un mesón.

Había años de tardanzas de la investigación de la partícula subatómica durante la Segunda Guerra Mundial en 1939−45, con la mayor parte de físicos que trabajan en proyectos aplicados para necesidades de guerra. Cuando la guerra terminó en el agosto de 1945, muchos físicos gradualmente volvieron a la investigación del tiempo de paz. El primer mesón verdadero para descubrirse era el "mesón de la pi" (o pion) en 1947, por Cecil Powell, César Lattes y Giuseppe Occhialini, quienes eran

la investigación de productos del rayo cósmicos en la universidad de Bristol en Inglaterra. También tenía sobre la masa correcta, y durante los próximos años, más experimentos mostraron que el pion en efecto se implicó en interacciones fuertes. El pion (como una partícula virtual) es el transportista de la fuerza primario para la fuerza nuclear en núcleos atómicos. Otros mesones, como los mesones rho se implican en mediar esta fuerza también, pero en menor medida. Después de descubrimiento del pion, concedieron a Yukawa el Premio Nobel de 1949 en la Física para sus predicciones.

El mesón de la palabra ha sido a veces usado para significar cualquier transportista de la fuerza, tal como "Z mesón" que se implica en mediar la interacción débil. Sin embargo, este uso falso se ha caído del favor. Los mesones se definen ahora como partículas formadas de pares de cuarkes y anticuarkes.

Descripción

Vuelta, momento angular orbital y momento angular total

La vuelta (número cuántico S) es una cantidad del vector que representa el momento angular "intrínseco" de una partícula. Viene a incrementos de ħ (pronunciado "la h-barra"). El ħ a menudo se deja caer porque es la unidad "fundamental" de la vuelta, y se implica que "giran 1" significa "la vuelta 1 ħ". (En algunos sistemas de unidades naturales, el ħ se elige para ser 1, y por lo tanto no aparece en ecuaciones).

Los cuarkes son fermions—specifically en este caso, partículas que tienen la vuelta (S =). Como las proyecciones de la vuelta varían en incrementos de 1 (que es 1 ħ), un cuark solo tiene un vector de la vuelta de la longitud y tiene dos proyecciones de la vuelta (S = + y S = −). Dos cuarkes pueden hacer alinear sus vueltas, en cuyo caso los dos vectores de la vuelta añaden para hacer un vector de la longitud S = 1 y tres proyecciones de la vuelta (S = +1, S = 0 y S = 1), llamado la vuelta 1 trillizo. Si dos cuarkes han no alineado vueltas, los vectores de la vuelta ascienden a hacer un vector de la longitud S = 0 y sólo una proyección de la vuelta (S = 0), llamado la vuelta 0 camiseta. Ya que los mesones se hacen de un cuark y un anticuark, se pueden encontrar en trillizo y estados de la vuelta de la camiseta.

Hay otra cantidad del momento angular cuantificado, llamado el momento angular orbital (número cuántico L), que viene a incrementos de 1 ħ, que representan el momento angular debido a cuarkes que están en órbita alrededor del uno al otro. El momento angular total (número cuántico J) de una partícula es por lo tanto la combinación del momento angular intrínseco (vuelta) y momento angular orbital. Puede tomar cualquier valor de a, en incrementos de 1.

Los físicos de la partícula el más se interesan en mesones sin el momento angular orbital (L = 0), por lo tanto los dos grupos de mesones el más estudiados son el S = 1; L = 0 y S = 0; L = 0, que equivale a J = 1 y J = 0, aunque no sean único. También es posible obtener J = 1 partículas de S = 0 y L = 1. Cómo distinguirse entre el S = 1, L = 0 y S = 0, L = 1 mesones son un área activa de la investigación en la espectroscopia del mesón.

Paridad

Si el universo se reflejara en un espejo, la mayor parte de las leyes de física serían idénticas — las cosas se comportarían el mismo camino sin tener en cuenta lo que llamamos "dejado" y lo que llamamos "el derecho". Este concepto de la reflexión del espejo se llama la paridad (P). La gravedad, la fuerza electromagnética y la interacción fuerte todos se comportan del mismo modo sin tener en cuenta si el universo se refleja en un espejo, y así se dice conservar la paridad (P-simetría). Sin embargo, la interacción débil realmente se distingue "dejado" "del derecho", un fenómeno llamado la violación de la paridad (P-violación).

Basado en esto, uno podría creer que si los wavefunction para cada partícula (más exactamente, el campo cuántico para cada tipo de la partícula) se invirtieran por el espejo simultáneamente, entonces el nuevo juego de wavefunctions satisfaría perfectamente las leyes de física (aparte de la interacción débil). Resulta que esto no completamente es verdad: Para las ecuaciones para satisfacerse, los wavefunctions de ciertos tipos de partículas se tienen que multiplicar por 1, además de invertirse por el espejo. Se dice que tales tipos de la partícula tienen la paridad negativa o rara (P = 1, u o bien P =–), mientras se dice que las otras partículas tienen positivo o hasta paridad (P = +1, u o bien P = +).

Para mesones, la paridad es relacionada con el momento angular orbital por la relación:

:

donde el L es un resultado de la paridad del armónico esférico correspondiente del wavefunction. 'El +1' en el exponente viene del hecho que, según la ecuación de Dirac, un cuark y un anticuark tienen paridades intrínsecas de enfrente. Por lo tanto la paridad intrínseca de un mesón es el producto de las paridades intrínsecas del cuark (+1) y anticuark (−1). Como éstos son diferentes, su producto es 1, y por tanto contribuye un +1 en el exponente.

Como una consecuencia, mesones sin el momento angular orbital (L = 0) todos tienen la paridad rara (P = 1).

C-paridad

La C-paridad sólo se define para mesones que son su propia antipartícula (es decir mesones neutros). Representa si el wavefunction del mesón permanece lo mismo bajo el intercambio de su cuark con su anticuark. Si

:

entonces, el mesón es "C hasta" (C = +1). la otra mano, si

:

entonces el mesón es "C raro" (C = 1).

La C-paridad raramente se estudia solo, pero la combinación de C-y P-paridad en la CP-paridad. La CP-paridad se pensó conservarse, pero se encontró más tarde violarse en interacciones débiles.

G-paridad

G paridad es una generalización de la C-paridad. En vez de comparar simplemente el wavefunction después de cambiar cuarkes y anticuarkes, compara el wavefunction después de cambiar el mesón para el antimesón correspondiente, sin tener en cuenta el contenido del cuark. En caso del mesón neutro, la G-paridad es equivalente a la C-paridad porque los mesones neutros son sus propias antipartículas.

Si

:

entonces, el mesón es "G hasta" (G = +1). la otra mano, si

:

entonces el mesón es "G raro" (G = 1).

Isospin y precio

Las combinaciones de un u, d o cuarkes s y un u, d, o anticuark s en la configuración forman un nonet.]]

El concepto de isospin fue propuesto primero por Werner Heisenberg en 1932 para explicar las semejanzas entre protones y neutrones bajo la interacción fuerte. Aunque tuvieran cargas eléctricas diferentes, sus masas eran tan similares que los físicos creyeron que eran realmente la misma partícula. Las cargas eléctricas diferentes se explicaron como siendo el resultado de un poco de excitación desconocida similar a la vuelta. Esta excitación desconocida fue doblada más tarde isospin por Eugene Wigner en 1937. Cuando los primeros mesones se descubrieron, también se vieron a través de los ojos de isospin. Se creyó que tres pions eran la misma partícula, pero en estados de isospin diferentes.

Esta creencia duró hasta que Murray Gell-Mann propusiera el modelo del cuark en 1964 (conteniendo al principio sólo el u, d, y cuarkes s). Se entiende ahora que el éxito del modelo isospin es el resultado de las masas similares del u y cuarkes d. Ya que el u y los cuarkes d tienen masas similares, las partículas hechas del mismo número de ellos también tienen masas similares. U específico exacto y la composición del cuark d determinan el precio, ya que u cuarkes llevan el precio + mientras los cuarkes d llevan el precio −. Por ejemplo tres pions todos tienen gastos diferentes (, (una superposición cuántica de y estados), ), pero tienen masas similares (~) ya que cada uno se hacen de un mismo número del total de arriba abajo cuarkes y anticuarkes. Bajo el modelo isospin, se consideró que eran una partícula sola en estados cargados diferentes.

Las matemáticas de isospin se modelaron después de esa de la vuelta. Las proyecciones de Isospin variadas en incrementos de 1 justo como aquellos de la vuelta, y a cada proyección tuvieron que ver un "estado cargado". Desde el "pion partícula" tenía tres "estados cargados", se dijo que era de isospin I = 1. Sus "estados cargados", y, equivalieron a las proyecciones isospin I = +1, yo = 0 y yo = 1 respectivamente. Otro ejemplo es el "rho partícula", también con tres estados cargados. Sus "estados cargados", y, equivalieron a las proyecciones isospin I = +1, yo = 0 y yo = 1 respectivamente. Se notó más tarde que las proyecciones isospin fueron relacionadas con el de arriba abajo el contenido del cuark de partículas por la relación

:

donde el n's es el número de arriba abajo cuarkes y anticuarkes.

En el "isospin cuadro", se pensó que tres pions y tres rhos eran los estados diferentes de dos partículas. Sin embargo en el modelo del cuark, los rhos son estados excitados de pions. Isospin, aunque comunicando un cuadro inexacto de cosas, todavía es usado para clasificar hadrons, llevando poco natural y nomenclatura a menudo confusa. Ya que los mesones son hadrons, la clasificación isospin también se usa, conmigo = + para cuarkes y abajo anticuarkes y yo = − para anticuarkes y abajo cuarkes.

Números cuánticos del sabor

Se notó que el número cuántico de la extrañeza S (para no confundirse con la vuelta) iba de arriba abajo junto con la masa de la partícula. Más alto la masa, más abajo la extrañeza (más cuarkes s). Las partículas se podrían describir con proyecciones isospin (relacionado con el precio) y extrañeza (masa) (ver el uds nonet cifras). Como otros cuarkes se descubrieron, los nuevos números cuánticos se hicieron tener la descripción similar de udc y udb nonets. Ya que sólo el u y la masa d son similares, esta descripción de masa de la partícula y precio en términos de isospin y números cuánticos del sabor sólo trabaja bien para el nonets hecho de un u, un d y un otro cuark y se estropea para otro nonets (por ejemplo ucb nonet). Si los cuarkes todos tenían la misma masa, su comportamiento se llamaran simétricos, que se comportarían todos de exactamente el mismo modo con respecto a la interacción fuerte. Ya que los cuarkes no tienen la misma masa, no se relacionan del mismo modo (exactamente como un electrón colocado en un campo eléctrico acelerará más que un protón colocado en el mismo campo debido a su masa más ligera), y se dice que la simetría se rompe.

Se notó que el precio (Q) se relacionó con la proyección isospin (I), el número bariónico (B) y números cuánticos del sabor (S, C, B′ T) por la fórmula Gell-Mann–Nishijima:

:

donde S, C, B′ y T representan la extrañeza, encanto, bottomness y números cuánticos del sabor superiores respectivamente. Se relacionan con el número de extraño, encanto, fondo, y cuarkes superiores y anticuark según las relaciones:

:

:

:

:

significar que la fórmula Gell-Man–Nishijima es equivalente a la expresión de precio en términos de contenido del cuark:

:

Clasificación

Los mesones se clasifican en grupos según su isospin (I), momento angular total (J), paridad (P), G-paridad (G) o C-paridad (C) cuando aplicable, y cuark (q) contenido. Las reglas para la clasificación son definidas por Particle Data Group y son bastante complicadas. Las reglas se presentan abajo, en la forma de la mesa para la simplicidad.

Tipos de mesón

Los mesones se clasifican en tipos según sus configuraciones de la vuelta. Dan a algunas configuraciones específicas nombres especiales basados en las propiedades matemáticas de su configuración de la vuelta.

Nomenclatura

Mesones de Flavourless

Los mesones de Flavourless son mesones hechos del par del cuark y los anticuarkes del mismo sabor (todos sus números cuánticos del sabor son el cero: S = 0, C = 0, B′ = 0, T = 0). Las reglas para mesones flavourless son:

La paridad C sólo es relevante para mesones neutros.

Para J=1, el ψ se llama el

Además:

  • Cuando el estado spectroscopic del mesón se conoce, se añade en paréntesis.
  • Cuando el estado de spectroscopic es desconocido, la masa (en MeV/c) se añade en paréntesis.
  • Cuando el mesón está en su estado de la tierra, nada se añade en paréntesis.

Mesones de Flavourful

Los mesones de Flavourful son mesones hechos del par de cuark y anticuarkes de sabores diferentes. Las reglas son más simples en este caso: el símbolo principal depende del cuark más pesado, la superescritura depende del precio, y el subíndice (si alguno) depende del cuark más ligero. En la forma de la mesa, son:

Además:

  • Si J está en la "serie normal" (es decir, J = 0, 1, 2, 3...), una superescritura ∗ se añade.
  • Si el mesón no es el pseudoescalar (J = 0) o vector (J = 1), el J se añade como un subíndice.
  • Cuando el estado spectroscopic del mesón se conoce, se añade en paréntesis.
  • Cuando el estado de spectroscopic es desconocido, la masa (en MeV/c) se añade en paréntesis.
  • Cuando el mesón está en su estado de la tierra, nada se añade en paréntesis.

Lista

Véase también

Notas

Enlaces externos

Conclusiones recientes

¿
Autoridad de transporte de la bahía de Massachusetts / Superhéroes de la maravilla (juego de la imitación)
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