Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Кварковая_структура_адронов

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
14.05.2026
Размер:
350.59 Кб
Скачать

3.3

Isotopi states in

 

systems of two and three pions

expli it onstru tion

 

isotopi waveanfunhavetiontheoftotalthe

isospinsystem equalof twotopions:0, 1, 2 (3 3 = 1 + 3 + 5). An

ofTwothepions π1

, π2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

InT the= 0previous, S = 1) leannturelookedweayhavetoseentwo thatpionstheduedeto

 

 

 

 

 

 

 

pions

 

 

 

S) for the total isospin

ynotherisospin

onserving part of strong intera tion.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T = 0

 

 

 

 

π1

· π2

= δij π1

π2j

 

 

 

S

 

 

 

 

angular momentum

 

 

T = 1

 

 

 

 

1 × π2)k

= ǫijk π1 π2j

 

A

 

 

 

f two pions (problem. Therefore,

 

2

 

a ordan e with Bose prin iple the orbital

shows that the isotopi waveT = fun2 tion ofπ1

π2j + π1j

π2i

3

δij π1k

π2k

S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

the syst m of two

 

 

 

 

 

 

 

is symmetri (

 

 

 

T = 0 2 and a isymmetri (A) for T = 1

 

 

symmetri

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

) an be even

 

 

T = 0, 2 and odd for T

= 1. So, ω - meson

parity,For nowthesystemwehaveof three pionsatthis

 

 

 

 

 

from a

ω → 2pointπ is .forbidden by the onservation of G -

we have one singlet

 

 

 

π1, π2, π3 where 3 3 3 = (1 + 3 + 5) 3 = 3 + (1 + 3 + 5) + (3 + 5 + 7)

three triplets one

of

 

 

an be hosen with

 

 

 

 

 

 

 

 

wave fun tion

 

 

 

 

 

 

whi h π1 ·

π2

×

π3

= ǫijk π1 π2j π3k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A ,

 

 

 

 

et . If

ne assumes

 

nserv tion of isotopi spin in threede ay

 

S

 

 

 

 

π12 ·

π3) + π2

3

·

π1) + π31 ·

π2)

 

 

violated in

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

180

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G = CT2

- paritythis

 

 

 

 

 

 

 

 

oordinate/momentum wave fun tion of three pions( shouldviolation) threebantisymmetriinaordan e.

Thiswith Boseleadsprintotheiple theg tive

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

η → 3π

T = 0

 

 

inonsideredtheexample)ayde.thenIfayoisnesymmeassumesri-th(therepritytheleisofnoturetheoo eladinatsystemive/momentumorbitalofpionswaveofandpionsfuntoannotionduehe ofto smallofphaseionsinspaparitythe,

for

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

parity. Beforeis (seeonserved but2) wehe tothave isospinseenhatof pions

 

 

be equal toviolationzero.

isospin is not onservedC -

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ssymmetryatteringhere tosiderationthepionso-nutoleonsay disensatteringangle.Therethemearehanism10proofesses

.

ηLet3.4usPionapplydeay,-thenuisotopipresentedleon

 

 

 

 

 

isotopi

 

 

 

onne ted

 

 

 

 

 

 

180

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π+p π+

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

πn

 

 

 

 

Theinolumn,seleftondso,olumnritsprootationamplitudeess.Theisaroundnotfourthisobservedtheequalpro2-ndtoesstheaxisoftheriainmentallyplilef udeolumnbeofspatheauseis .timeSo,fthof thewereversehavelak ofof(nototheonsidmatterfth proofnlywhiesstheofhprotheolumn)rightesses.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π0

π0p

 

180

 

 

π0

 

 

π0n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

π

 

T2

 

 

π+n

π+n

π0 - beams. The remaining

thr e pro esses

 

 

 

 

 

 

 

exp

 

 

 

 

 

 

π0n

 

pro ess

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π0p

π+n

 

 

π

 

 

 

 

 

bywherethe the p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

n

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

0

 

,to the pro ess s in the left olumn

esses in the right olumnπ

areπ

 

i allyπ

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

isotopi

 

π

 

 

p → π

 

p, πp → πp, πp → π and

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M+, M, M0

 

 

 

 

 

+

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

have the amplitudes

 

 

 

 

 

 

symmetry. Considering the states of pion

 

 

nu leon with de nite total isospinonneone tedgetsby

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π+p =11( 3

, +

3

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

amplitude

 

 

 

 

( 2 , −2 ) − r

 

 

 

 

 

 

M3/2 and M1/2. Thus

π

= r

3

 

3

( 2 , −2 )

 

 

1

 

3

 

 

1

 

 

 

2

 

1

 

1

 

ofDuethirdtoisotompionentsymmetryofisospinthroughei.π. wen = r

 

( 2 , −2 ) + r

 

 

2 , −

2 ).

3

3 (

0

 

2

 

 

3

 

 

 

 

1

 

 

 

1

 

 

1

 

1

 

 

haveofonpionly tw-nuo independeleon s atteringnt amplitudesdoesnot depend on the val e

M+, M, M0 are expressed

M3/2 and M1/2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M+ = M3/2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M =

1

M3 2 +

2

M12

 

 

 

 

 

3

 

 

 

3

 

/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

and

M0 =

2

(M3/2 − M1/2 )

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

toThethelast relation is just what we wan

 

 

 

 

 

 

 

 

to obtain. For the energy of in oming pion orresponding

 

 

 

 

ed

2M0 + M= M+.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- resonan e region one amplitude (M3/2) is mu h larger than the other (M1/2). In that ase

 

 

 

 

 

 

 

 

and the

 

ratios

 

 

1

 

2

 

 

 

 

 

 

3 ,

 

ross se tions follow the

 

M+ : M: M0 ≈ 1 : 3 :

Find3These.5 theratiosProblemratioareof theingood3widthsagreementof

 

 

experiment.

 

 

 

 

 

 

withσ+

: σ: σ0 ≈ 9 : 1 : 2.

three pions is equal to

η → π0π0π0 and η → π+ππ0 de ays assuming that the total isospin of

(see le ture).

T = 1 and that the oordinate/momentum wave fun tion of pions is symmetri

12

4The.1 LeomparisonFundamentaltureof4. SUrepresentation(3) - symmetry

 

 

 

 

 

u, d, s - quark masses with hara teristi hadroni s ale (mu = 4M V, md =

7interaM eV,tionm

=under150M eV

<< 1GeV ) tells us that SU (3) - symmetry of the Lagrangian of strong

 

SU (3) - transformation

of quark elds

 

 

 

d

 

 

XP (

 

λ

) d

.

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

violati

of

nonstrange

 

and d) quarks. The onsequen es of just this sour

 

 

 

mass

 

 

 

 

 

masswillan bedibe fundamentaleren SUredof(3)strangeasin -thesymmetryapproximate(next) andare the.Insy

the present leforture we willstateslassifyofmesonsthe and baryons that

metry(formulaeof stronggroundintera tion. Mainly it is viola ed by the

of mesonsTheonsiderand baryonsrepresentation.le tureof

 

 

 

 

 

 

 

SU (3) - multiplets

 

 

 

SU (3) - group is the triplet avor wave fun tion of quarks

The

 

 

 

qα =

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

s

 

 

 

SU (3) - transformations of the triplet are produ ed by the unitary matri es 3×3

where

 

 

 

U = exp(iωa

λa

),

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λa are Gell-Mann matri es

SU (3) - group has two diagonal generators: the third omponent of isotopi spin and hyper harge,

 

 

λ1,2,3 =

 

0

 

0

 

; λ4,5

=

 

0

 

0

0

 

 

 

 

 

 

τ 1,2,3

0

 

 

 

 

 

 

0

 

0

1(

)

 

 

 

λ6,7 =

 

 

 

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The

 

0

 

0 1(

; λ8 =

0

1

0

.

 

 

 

0

 

0

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

1

0

0

 

 

 

 

 

ele tromagneti

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

1(+i)

 

0

 

 

 

 

 

3

 

0

 

0

− 2

 

duerepresentationthatAntiquarkstoarethe

 

 

 

T3

 

λ3

 

 

 

 

 

1

 

8

,

 

 

 

 

 

 

= 2

 

 

 

Y = √3 λ

 

 

 

 

onserveditarityandareintheseoftransformedstrongthetransformationsgroupand.Unlikeasompl oinxaseonjugaideofinterawih toftionshethetransformations(seefundamentalleture 1).of( ontravarianttheovariantspinor)

 

the

equivalently)now equivalent.

 

 

 

 

 

 

 

 

sentationSU (2) (quarksgroup theand ovariantantiquarksspinortransforep mesentation

nois Theot

 

to the

ntravariant repr

 

SU (3) - group has two invariant tensors

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

δαβ → U ααδαβU −1ββ = δαβ ,

 

 

 

 

 

αβγ

→ U

α

β

βU

γ

 

αβ

γ

 

αβγ

 

 

 

αβγ

 

 

 

ǫ

αU

 

 

γ′ ǫ 13

= ǫ

 

(detU ) = ǫ .

 

Mesons4.2 Mesonsonsist of quark and antiquark and are des ribed by the tensor ( avor wave fun tion)

 

 

α

α

 

 

1

α

α

 

 

representasanexample):the o tet and singlet states. The basis states of the o tet are (we indi ate

isotopipseudostwo partstripletalarofwhimesonsofh

M

 

β = M0

β

+

δ

β M

(M0

α

= 0),

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

π - mesons

 

 

¯

1

 

 

 

 

¯

 

 

 

 

 

isotopi doublets of

 

 

ud,

 

 

(uu¯ − dd), du¯;

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

K - mesons

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¯

 

 

 

 

 

and isotopi singlet

 

 

us,¯ ds¯;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sd, su¯

 

 

 

 

 

η8- meson

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¯

 

 

 

 

 

 

 

The basis state of the singlet is

 

 

 

(uu¯ + dd − 2 s¯).

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

η0- meson

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

¯

 

 

 

 

 

 

 

the o tet part of

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Us the above o tet basis states η0 =

3

(uu¯ + dd + s¯).

 

 

 

 

 

following form

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tensor M αβ (M0αβ ) an be represented in the

 

 

 

π0

 

η8

 

 

 

+

 

+

 

 

 

 

 

+

 

 

π

 

 

K

 

 

 

 

 

 

 

2

6

 

 

η8

 

 

 

 

α

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π0

 

 

 

0

 

quarks. The r wave

 

 

on presented by the ten or

Baryons4.3 Baryonsonsist of three M0

β =

 

 

 

π

fun ti2

+ 6

K

 

 

.

 

 

 

 

K

 

K¯

0

8

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Let us brie y des r be the de omposition of tensor

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bαβγ is redu ible.

identi ally divided in four parts as follows

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bαβγ into irredu ible parts. Tensor Bαβγ an be

where the

αβγsymbo1l

 

{αβγ}

 

1

 

αβγ

 

′ ′

 

 

 

 

αγ}

 

 

 

1

αβγ

 

′ ′

 

 

{αβ

 

 

 

1

αβγ αβγ

 

αβγ

 

 

+

3 ǫ

 

 

B

+

 

3 ǫ

 

 

 

B

+

 

6 ǫ ǫ

B

 

,

B

= 6 B

 

 

 

ǫα β

γ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ǫα β

γ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

{...} means symmetrization in permutation of indexes

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B{αβγ} ≡ Bαβγ + Bβαγ + Bγβα + Bαγβ + Bβγα + Bγαβ

 

 

 

 

 

symmetri

 

αβγ

}

 

 

αβγ

 

 

 

 

 

 

αγβ

 

 

 

 

 

αβ

γ

 

 

 

 

 

αβγ

 

 

 

 

 

βαγ

 

 

 

 

 

 

 

{

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

{

 

}

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

part

 

 

 

≡ B

 

 

+ B

 

 

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

≡ B

 

 

 

+ B

 

 

.

 

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

represents the de upl

 

of

1 B{αβγ} of tensor Bαβγ ontains 3·4·5

= 10 independent omponents and

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

, B014 are tra eless.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1·2·3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

otally antisymmetri partSU (3) - group.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

invariant under

 

 

 

 

 

 

 

 

61 ǫαβγ ǫαβγBαβγ

of tensor Bαβγ with one independent omponent is

Two parts ofSUtensor(3) -transformations and represents

he singlet of SU (3) - group.

 

 

 

 

 

 

 

Bαβγ with mixed symmetry tha

 

are equivalent to tensors

 

 

 

represents two o tets be ause of tensors

 

 

 

 

 

γ}

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

γ

 

′ ′

γ

B

α {β

 

 

 

 

0

α

 

 

 

′ ′

 

 

B

{αβ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B0γ′ ≡ ǫα β

 

 

 

 

 

 

 

, B

α′

≡ ǫα β

γ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

γ

 

 

 

 

α

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0γ′

 

 

 

 

α′

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

and two o tets with mixed symmetry3/2 . Let us write theinresultsymmetriin the defollowinguplet, formantisymmetri singlet

Finally, we have divided the wave fun tionSBαβγ M

M A

 

 

 

 

fun

 

 

 

3 3 =

8

+

 

 

 

 

 

 

 

of(deIf baryonsonesuuplettionh inomparesofompletenessisthebaryonssinglyfollowingthispresentedwithresultisformspinthewithandPaulitheandprinsingletexpotiplerimentallyof10bafobaryons+ onstituentisobservedabsentwith8 +spinquarksatmultipletsall11/2)..AsLetitweanusofwillbewritebaryonseenotedthebelowgroundthatbaryonthethereasonstaowavetet

 

 

 

×

 

×

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

assumed

 

 

SU (3) olor

 

 

 

 

 

S

 

A

 

αβγ

S

 

antisymmetri

 

 

 

theolor waveoordinatefun tionwavethatfunistionassumedthat isto be

 

to be symmetriin for the

indexesgroundwhere theondstatemultiplierrstof multiplierthebaryon;isΨ the= isΨ(x1, x2

, x3) × Ψ(c1

, c2, c3) × B

 

× Ψ( 1,

2, 3) ,

 

 

 

 

symmetry

 

 

 

S

M

M

 

 

 

 

 

antisy

metry(baryof lornslikewaveallfunhadrtionsforare assumed to be single s of

SU (3)

- olor gr

up; mp re

c1

, c2

, c3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fun tion for

 

 

 

 

SU (3) olor singlet with the antisymmetry of avabove;r wav

third SU (3) avor singlet);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

the fourth

 

Bαβγ is avor wave fun tion the symmetry of whi h was just des ri

d

in the same way as theΨ( 1, s2, s3) isofthavorspinwavewavefun tion the symmetry of whi h an be des ribed

bytheTheommonavorthdantisymmetryandfollowupletindexsp

2

 

2

2 =

2

+

.

 

 

inofgwillwavespinsimpleofak3/2funthe6argument.tiovalues:Anothertals iswave.symmIfway,onefuntheritiononsiders.oOnetet(Pauli4+wayofthespinprintovormake1/2,iple)2andisthwspinsnotllprodubesovariablesaobvioushievedtsymme.imultaneouslyifLetrihe produisobvious:larifyttheofit

 

 

× ×

 

 

 

 

 

 

As4on

 

sible

16 = 8 · 2

 

 

 

 

F rty of them o respond to

u, d,

 

 

 

 

6·7·8

= 56 independent

mponents.

de uplet of spin 3/2 (

avor-spin indexesesentsor ( avor-spin wavequarksfun withtion)upontainsand down

. The symmetri in ommon

 

 

 

 

 

 

 

1·2·3

 

 

annot not toprinrep iple theplathe of

pin 1/2 (

 

10 · 4). There remain 16 omp

that

So,.4weethemorehaveTwoPaulithatsepresentationsthereintheisselenoase tsof

esonsofforpobaryonthevorosingletavortetoofmultipletstetamongpart)les.theandangroundspinslemdesstateofribedgroundbaryonsbythestate.trabaryonsless . Note

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

matrixputt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ompared

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

be

 

 

 

 

 

 

 

 

 

matwaythirdtheix omponentoantetbeofsolvedbaryonsofisotopiuniquely. Thespinbyrobandthe thewhatomparisontielet lewitharges ouldmesonf

 

3partiandin×one3by.Letlesortheshouldanotherusbsesvationberibeplaequalinethasuin(hthe

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

we have the

 

 

 

 

 

 

e

and

Q = T3 + Y /2

are both the generators of

SU (3)

- gr up). Hen e

 

orresponden T3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π0

π

η8

2

+ 6

K

 

 

15

Σ

 

 

 

2

+ 6

n

 

 

 

2

+

6

 

 

π

 

 

 

η8

K

 

 

 

 

2

+

6

 

 

Σ

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π0

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

Σ0

 

Λ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K

 

 

 

K¯

 

 

 

 

6

Ξ

 

 

 

Ξ

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

formulaeThis des forriptionba yonf baryono tet.

o tet will be used

 

the foll wing le ture for the derivation of mass

Another presentation of baryon

 

 

refers dire tly to the quark stru ture of b yons. Let us

itsonstruav quarkst theompositionproton state,is

for exampleo tet. Theobtainprotonprin onsisiple s of two u -quarks and one d - quark ibe. .

 

 

 

uud

 

 

 

 

ulive fun tiospinn theatedtotalab spinve). Letoftwous sum-quarksthe unitshouldspin of

twoequal to 1 (see the symmetry. ofA ordingavor-spintowP

u -

with 1/2 spin of d - quark

 

 

1/2

of proto

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

1

 

1

 

 

 

˙

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

letter meansd. spin up

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

state(here bythepermutationspointabove(below)of

the p˙ = r 3 u˙ u˙

r

3 r 2

u. +foru.u˙ d

 

and symmetrize the obtained

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(down)

 

quark)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d - quark

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

in˙u.the ˙

.

 

 

 

 

u.

 

momentsu.˙

of baryons.

Classify4The.5 obtainedProblemthe ground4state ofbaryonsd.baryond. witho dtet.onewill beu. ˙

 

 

u.on˙ magneti˙

 

p˙ =

18 (2(u˙ u˙

+ u˙ u˙ +

u˙ u˙ ) − (u˙

 

+ u˙ d

+ d ˙

 

+

 

u˙ d +

 

du˙ + d ˙ )) .

 

 

des ription

 

 

 

 

 

 

 

used

 

le ture

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c - quark (cqq) in possible SU (3) - multiplets and spins.

16

5 Le ture 5. Mass formulae. Mixing

baryonsIn the previous l ture we w re lassifying theSU (3) - multiplets of ground statmesonsofmesons qq¯ and

and de upletqqq. Thof baryonsbese were. Ifhe o tets and singlets of pseudos alar and ve tor

 

and the o tet

multiplet would

equal toSUea(3)h othersymme. In

ry werereal worldexa t thesymmetry the

asses of parti les in ea h

symmetry and the masses

f parti les in the multiplets are essentiallySU (3) - disymerenmet:ry is an approximate

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

K

 

 

 

 

η

 

η

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P αβ ( 140

 

 

490

 

550

960 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ρ

 

 

 

 

 

K

 

 

 

 

ω

 

φ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V αβ ( 770

 

 

890

 

780

1020 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

 

 

 

 

Λ

 

 

 

 

Σ

 

Ξ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bαβ ( 940

1116

 

1190

 

1320 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Σ

 

 

 

 

Ξ

 

Ω

 

 

 

 

 

 

The vi lation of

 

Dαβγ ( 1230

 

 

1380

1530

1670 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

) andSU (3)strange- symmetry is mass Lagrangian of quarks

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

isotopi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

di eren e of nons rangeSU (3) - symmetryviolatingtiates on the quark level and is onne ted to the mass

Onsymmof justth

u, d - quarks (4, 7M eV

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tiesthemofLagrangianofquarksymmetquarksangian( onlythe.are the mass formulae- q arkthat( an be). Thededu onsequenedfromthee

 

 

trythisquarkpropermelevelhani

u, d

4, 7M eV

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

150M eV

 

(singlet underLagrangian

 

presented

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SU (3)

metri al term

omponent of theSUtensor(3) - groupunder ansformation) and SU (3) violatingterms:

 

(transforming like (3,3)

 

 

 

gletromagnetited the v olation¯

of

 

 

 

 

 

=

 

 

symmetry¯

on e tedisotopi the mass di eren e of

nonstrangeHere we have ele

m = mq (¯uu + dd

+ m ¯

 

 

 

q (¯uu + dd + ss¯ ) + (

s

 

q )¯ss.

 

 

 

 

 

 

SU (3) - group transformation)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a ount of

 

 

intera). Itstiona violatingount(see boththeproblem in the end of this l

ture) without

u justiThe massed.

 

 

of qua ks is

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

by the sumSUof(3)twoa

 

 

 

 

symmetries would be

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

mass

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¯

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−Lm

= mq (¯uu + dd + ss¯ )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

First,5.1 letOustetonsiderof baryonsthe o tet of baryons with spin 1/2

 

SU (3) - group transformations.

twoIt is

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

oniproperlevel tieshe underLagrangians of hadrons will also ontain

 

trermsasonabeyingletoexpethe sametthattransformationthehadr−Lm3

= (m −

q )¯ .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bαβ =

 

 

 

Σ

 

 

 

 

17

2

+ 6

 

n

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Σ0

 

 

 

Λ

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

+

6

 

 

 

 

Σ

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Σ0

 

Λ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ξ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ξ0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m0 ) are equal for this

-Thethesingletmassesunderof all SUbaryons(3) - groupin thetransformationso tet (

part of mass Lagrangianof baryon o tet is unique

 

 

B

 

 

B0

0 ¯α

β B

β

0

¯

−L

= mB B

α = mB (pp¯ + nn¯

+ · · · + ΛΛ) .

presentedSU (3)inviolatingtwoforms,parthenofmasse, thereLagrangianaretwoindependentofbaryono masstet,(3,3)parametersomponent( of the tensor, an be

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m8

and m8 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

 

B

 

 

 

 

B3

 

 

 

8

¯

3

 

B

β

 

 

 

 

8 ¯

α

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−Lm3 =

m B

 

β

 

3

+

m B

 

3

B α =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 B

 

 

 

 

 

 

 

B

 

 

 

2

¯

 

 

 

The masses of baryons are 8 ontributed by¯both

 

 

8 ¯

 

 

 

 

¯0

 

0

 

 

 

 

 

 

 

mB

(pp¯ + nn¯ +

 

3 ΛΛ) + mB

Ξ+ Ξ Ξ +

3 ΛΛ)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

LB0

and LB3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

m3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

isotopi symmetry

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m = m =

B0

+ mB8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

onstraint

 

 

 

 

+ m8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

mΞ

= mΞ0

 

= m0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

mΣ+ = mΣ0

 

=

 

Σ= mB0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

threeSo, fourparametersbaryonmasses.Thus,(t

 

mass formula

 

2

(

8

+ m

8

) .

 

onsidered) are expressed through

 

 

Λ

 

=

0

+

 

 

 

thereviolaexitsiontheof

 

B

 

 

 

 

 

B

 

 

is not

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

formula

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

the so

alled

Gell-Mann - Okubo 3

 

Λ +

 

 

 

 

 

 

left-hand part

of this formula is equal to

 

 

 

Σ.=The2(mN + mΞ),

 

 

would obtain the resultmparable

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- hyperon we

whereas the right-hand part of3this· 1116 + 1193is =equal3348to+ 1193 = 4541,

 

 

 

 

 

If we us d the Gell-Mann - Okubo2 · (939mass+formula1318) =for2 ·the2257predi= 4517tion. of the mass of

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Λ

 

 

inowDeerena upletonsidereraisy oftheofGellbaryonsde-Mannupletwith-ofOkuboelebaryonstromathatssgnetideviatesformula/isotopionlyverymassinhighdi. erenfromes.theThusexperimeweantalonvaluelud .

Let5thatThe.2usthe

Λ

= 1107M eV

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9M eV

 

 

 

 

 

parti es

 

(αβγ)

 

 

 

 

 

Dαβγ D omponent

 

 

 

 

 

 

 

Dαβγ and the elds of the de uple

parti les an be written as follows

 

 

 

 

Dαβγ . The invariant part of mass Lagrangian for de uplet

 

 

 

 

 

 

 

 

D0

 

 

 

0 ¯

 

 

 

 

αβγ

=

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−L

 

= mD Dαβγ D

 

 

D {(111) + (222) + (333)

 

where the nota ion +3[(112) + (113) + (221) + (223) + (331) + (332)] + 6(123)},

 

foequalitylowingoforr

 

 

 

 

 

means ¯

 

αβγ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

the

 

thespondenmassesofe dbetweenuplet theparti leswithin nothissummationofinvarianttensorpartoverofindexesmassLagrangia.Takintoweaobtainount

 

 

 

++

↔ D

111

Σ+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

D113

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

Ξ

 

 

331

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

112

 

 

 

 

 

 

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Σ0

 

123

 

 

 

 

Ω

 

 

333

 

 

 

 

3

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

221

 

 

D

 

18 Ξ

 

 

332

D

 

.

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

↔ D

 

 

 

Σ

 

 

223

 

 

↔ D

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D222

 

 

↔ D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SU (3) violating part of mass Lagrangian for de uplet parti les is des ribed by the unique stru ture

 

 

 

 

D3

8

 

3αβ

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ount the¯

above stated orresponden e betwe n the omponen s of tensor

Taking into−Lam3

= mD D3αβ D

 

 

= mD

{(311) + (322) + (333) + 2[(312) + (313) + (323)]} .

the elds of the de uplet parti les we get

 

 

the masses of de upl t parti les the following resultsαβγ and

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m = mD0

 

 

(1230)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

mΣ = m0

 

+ m8

/3

(1380)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

mΞ

=

D0

 

+ 2

D8 /3

(1520)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

8

 

 

 

 

 

 

massTurning5The.e3onsmassesLagrangianMesonsontainsnowoftopartias.mesonsareletfollowingequidistantmassusthenoteparmtwossesineterspeaofgood.uliaritiesThereforeagreementsquaredofthethismasswithinaseontrastformulaethe.First,experimentwithforthebarymesmass.onsLagrangianwillasewhererelattheof

 

 

 

 

 

isMixingparameterslinearles

 

 

Ω = mD

+ mD

 

 

(1670) .

 

 

 

 

es of

 

 

 

 

 

 

 

 

 

mesons

 

 

 

 

 

 

 

 

quared. So, the Gell-Mann - Okubo formula transforms in the ase of pseudos alar

and ve tormesons to the

 

 

 

formulae

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

2

 

 

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

η8

+ mπ

= 4mK

 

 

 

Here

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

2 + m2

= 4

2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ω8

 

ρ

 

 

 

K

 

 

 

 

 

η8 and ω8 are isotopi singlet omponents of unitary o tets

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

8

 

 

3

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

experim ntally like

areV

not obs rv

ed also isotopi and unitary singlets

This parti les re not ob erved

 

P

3

= −√6

3

= −

6 .

 

 

and

 

. T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

baryons)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

η0

 

 

ω0

thate reason of their unobservability (the se ond pe uliarity of mesons in omparison to

ofmixite

 

 

 

singletLagrangiansymmetryandoofreasonstetmesonsmesonshasanthe transformationdue to

propertysymmetryof(3,3)violationomponent. The

gsorterm. . isn allowedtheSUmass(3) by

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

mix

 

SU (3)

where

 

 

 

 

 

 

 

 

−Lmix = mm2

xM 3

3M0,

 

 

 

m sonsM αβ is

he tensor of the meson o tet and M0

is the

inglet meson. The result of mixing of

theudosLetmixingusalarandpipatturemesonsern(the. .andaxisDue whereto)arethethema quareformulaofwithpartiwede knowlenitemamathesessesmasswillandbesquindired(atedandof. First,). Let onsiderusdesribeth

ps

 

η8

η0

ω8

ω0

mesons

 

η

ηφ

ω

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

η8 - meson: m2

=

 

 

m2 )/3 = (566M eV )2. Experimentally the masses squared of η and η

η8

 

(4m2

- mesons are known:

2

K

π

 

2

 

2

 

2

 

 

 

 

 

mη

= (549M eV )

 

and mη′ = (958M eV )

 

 

 

 

 

 

 

 

− − − − − − | − − − − − −| − − − − − − − − − − − | − − − − − −| − − − − − − >

 

 

 

 

 

 

 

η

η8

 

 

η0

η

 

 

 

 

 

 

 

 

(549)2

(566)2

19

(949)2

(958)2

 

 

 

 

 

 

η0

1

 

 

 

 

¯

dire tions

 

 

1

formula

¯

 

distan es)

 

 

 

 

 

 

The mass squared of

 

 

 

 

 

 

 

 

(

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(uu¯ + dd − 2 s¯)

 

 

¯ + dd + s¯)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- meson mesonsan be found by the

 

 

 

 

 

 

mixing theory:

 

 

 

 

 

 

2

of two level θP

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

nondiagonal( two levels are repelling in opposite η

m

 

 

m

onmthe qual

 

 

 

. We

 

see

that the

 

 

η0 = andη8

η

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

that an be found if one inverts the mixing formulae

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

more heavy η8

- meson is lighter than the nondiagonal

η0

 

- m son although

η8

- meson ontains

 

strange quarks than

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

le ture. The mixing of pseudos η0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e that willanglebe dis ussed i

the next

 

 

 

 

 

 

 

 

alar -

 

 

 

 

 

 

 

isanddesthisribedis bysurpristhemixing

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

η = cosθP η8

+ sinθP η0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= −sinθP

8

 

operator,say,

 

 

 

 

 

 

η8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

η

 

 

η

 

+ c sθP

η

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

η8 = cosθP η − sinθP η

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

and one

al ulates

the matrix

element

 

 

of

mass squared

 

 

 

 

over the state of

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

η

 

= sinθP

η + cosθP η

 

onsidered

 

 

 

 

 

- meson

 

 

 

 

 

 

 

 

mesons

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

= cos

2

 

2

 

 

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Then we obtain

 

 

 

 

 

 

η8

 

 

θP mη

 

+ sin θP mη′ .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

mρ)/3 = (929M eV ) . The masses squared of diagonal ω and φ - mesons are kn wn experimentally:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

mη8

mη

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The mass formulae

 

redi tion of the mix

 

 

g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

angle

 

 

 

→ |θP | ≈ 10 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

in θP = mη2− mη2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

theLetannihilationusturnnowof

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

θP

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

pseudosto ve toralarmesons. Weintoknowtwo ptheotonswillmassbewillsquareddisbeussedof in the.following le ture where

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ω8

- mes n: mω2

8 = (4 K2

mω2 = (780M eV )2,

mφ2 = (1020M eV )2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

− − − − − − | − − − − − −| − − − − − − − − − − − | − − − − − −| − − − − − − >

 

 

ω

 

 

ω0

 

 

 

 

be ause ω0

 

 

of ve tor mesons

 

 

 

(780)2

 

 

 

des ribed

 

 

 

 

 

(900)2

 

 

 

1

 

 

¯

 

ass of

3

(u¯ + d + ss¯)

 

 

- meson

btained by the

meson and this isωnot0 a surprise

 

 

 

 

 

 

 

is

 

-

The mixing

 

 

 

 

 

 

use of

meson by the

mixing formulae is less than the mass of ω8 -

 

 

 

ω8

 

φ

 

 

 

 

angle strange

 

ω8 - meson.

 

 

 

(929)2

(1020)2

 

 

1

¯

 

 

 

6

(uu¯ + dd − 2 ¯)

 

 

 

ontains less

 

quarks than

 

 

 

 

 

θV

 

 

ω= cosθV ω + sinθV ω8

φ= −sinθV 20ω + cosθV ω8.