ядерная физ / li_09
.pdf
Мезоны
Мезоны — связанные состояния кварка - антикварка
Частица |
|
Кварковая |
|
Масса |
|
Время |
|
Спин |
|
Основные |
|
|
структура |
|
mc2, |
|
жизни |
|
четность, |
|
моды распада |
|
|
|
|
МэВ |
|
[с] или |
|
изоспин |
|
|
|
|
|
|
|
|
ширина |
|
J P(I) |
|
|
+ |
ud |
139,57 |
2,6 10 8 |
0 (1) |
+ |
|
|
du |
139,57 |
2,6 10 8 |
0 (1) |
|
|
0 |
uu dd |
134,98 |
|
17 |
0 (1) |
2 |
|
8,4 10 |
|
|
|||
|
K + |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
494 |
|
1,2 10 8 |
|
0 (1/2) |
|
+ , |
|
|
|
|
|
|
|
|
us |
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 + |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
K |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
494 |
|
1,2 10 8 |
|
0 (1/2) |
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
su |
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
769 |
|
150 МэВ |
|
1 (1) |
|
|
|||
|
|
|
ud |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
+ |
|
|
|
|
du |
|
||||||||||||||||||||
|
ρ0 |
|
|
|
|
|
d |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
uu |
d |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
d |
|
|
|
783 |
|
8,4 МэВ |
|
1 (0) |
|
3 |
||||||||||||
|
|
uu |
d |
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1869 |
|
|
12 |
|
|
|
K + другие, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
D |
|
|
|
|
cd |
|
|
|
|
|
0 (1/2) |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1,1 10 |
|
|
|
e + другие, |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
D |
|
|
|
|
|
d |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ другие |
||||||||
|
|
|
|
|
|
c |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
J/ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3097 |
|
87 кэВ |
|
1 (0) |
|
адроны, |
|
|
|
|
|
|
|
cc |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2e, 2 |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9460 |
|
53 кэВ |
|
1 (0) |
|
+ , |
|
|
|
|
|
|
|
bb |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ , |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e+ e- |
Пример
Протон (uud)
M (P) 938.272 МэВ
(P) стабильный
J P (I ) 1 1
2 2
Нейтрон (udd)
M (n) 939.565 МэВ(n) 885.7 0.8 с
J P (I ) 12 12 n p e e
|
u |
u |
d |
p |
Q |
+2/3 |
+2/3 |
–1/3 |
+1 |
B |
+1/3 |
+1/3 |
+1/3 |
+1 |
J |
1/2 |
1/2 |
1/2 |
1/2 |
I |
1/2 |
1/2 |
1/2 |
1/2 |
I3 |
+1/2 |
+1/2 |
–1/2 |
+1/2 |
P |
+1 |
+1 |
+1 |
+1 |
|
|
|
|
|
s, c, b, t |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
u |
d |
d |
n |
Q |
+2/3 |
-1/3 |
–1/3 |
0 |
B |
+1/3 |
+1/3 |
+1/3 |
+1 |
J |
1/2 |
1/2 |
1/2 |
1/2 |
I |
1/2 |
1/2 |
1/2 |
1/2 |
I3 |
+1/2 |
-1/2 |
–1/2 |
-1/2 |
P |
+1 |
+1 |
+1 |
+1 |
|
|
|
|
|
s, c, b, t |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
|
|
|
Кварковая структура барионовонов
Барионы — связанные состояния трёх кварков
|
Кварковый |
Масса, |
Время жизни (с) |
Спин, чётность, |
Основные |
|||
Частица |
mc2 |
|||||||
состав |
или ширина (МэВ) |
изоспин |
каналы |
|||||
|
(МэВ) |
P |
(I) |
распада |
||||
|
|
|
J |
|
|
|||
p |
uud |
938.272 |
>1031лет |
1/2+(1/2) |
|
|
||
n |
udd |
939.565 |
885.7±0.8 |
1/2+(1/2) |
|
|
||
pe |
||||||||
|
uds |
1115.683 |
2.63·10-10 |
1/2+(0) |
p , n 0 |
|||
+ |
uus |
1189.37 |
0.802·10-10 |
1/2+(1) |
p 0 , n |
|||
0 |
uds |
1192.64 |
7.4 ·10-20 |
1/2+(1) |
|
|
||
– |
dds |
1197.45 |
1.48 · 10-10 |
1/2+(1) |
n |
|||
0 |
uss |
1314.8 |
2.9 ·10-10 |
1/2+(1/2) |
0 |
|||
– |
dss |
1321.3 |
1.64 ·10-10 |
1/2+(1/2) |
0 |
|||
– |
sss |
1672.4 |
1.64 ·10-10 |
3/2+(0) |
K , 0 |
|||
++ |
uuu |
|
|
|
|
|
|
|
+ |
uud |
1230-1234 |
115-125 |
3/2 (3/2) |
|
0, |
||
0 |
udd |
|
+ |
|
( p, n) |
|||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|||
– |
ddd |
|
|
|
|
|
|
|
Барионы (uud)
|
Кварковый |
Масса, |
Время жизни (с) |
Спин, чётность, |
Основные каналы |
|
Частица |
mc2 |
|||||
состав |
или ширина (МэВ) |
изоспин |
распада |
|||
|
(МэВ) |
JP(I) |
||||
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
||
p |
uud |
938.272 |
>1031лет |
1/2+(1/2) |
|
|
+ |
uud |
1230-1234 |
115-125 |
3/2+(3/2) |
( p, n) |
|
N+(1440) |
uud |
1430-1470 |
250-450 |
1/2+(1/2) |
( p, n) |
|
( p, n) 2 |
||||||
N+(1520) |
uud |
1515-1530 |
110-135 |
3/2-(1/2) |
||
|
Кварки, образующие адроны, могут находиться в состояниях с различными орбитальными моментами L и в состояниях с различными значениями радиального квантового числа n.
( r , , ) = R n l ( r )Y l m ( , )
Кварки, образующие p и +, находятся в состоянии (n=1, l=0) Кварки, образующие N+(1440), находятся в состоянии (n=2, l=0) Кварки, образующие N+(1520), находятся в состоянии (n=1, l=1)
q-q потенциал
Радиальная зависимость потенциала сильного взаимодействия ( s 0.3 и k 1 ГэВ/Фм). Вертикальные линии показывают радиусы кваркониев в
различных состояниях. Vqq 4 s c kr
3 r
q-q потенциал
На больших расстояниях глюонное поле стягивается в трубку, что отвечает линейно растущему с расстоянием потенциалу.
q 
q q
q
Такая картина qq -потенциала позволяет объяснить, почему в результате e e -аннигиляции рождаются бесцветные адроны. Связано это с тем, что по мере разлёта qq -кварков их
потенциальная энергия растет и в некоторый момент превышает порог рождения новой пары кваркантикварк. При этом трубка разрывается, и на месте разрыва появляются новые пары qq , которые
в свою очередь растягиваются и разрываются, что приводит к рождению новых бесцветных адронов.
q
q
q
q q
q
q
q q
q q
q q
q
Разрывы трубок глюонного поля позволяют наглядно представить, как образуются мезоны в
e e -аннигиляции. Образование барионов происходит аналогично, но при этом необходимо учесть
взаимодействие кварков на малых расстояниях, пока разлетающиеся трубки ещё не удалились далеко друг от друга.
Позитроний, кварконий
Система уровней чармония ( cc ) .
J PC |
0 |
1 |
0 |
1 |
2 |
|
P и С - чётности различных состояний чармония |
|
|||
|
определяются соотношениями |
|
|
||
|
|
|
P ( 1)L 1 , |
C ( 1)L S . |
|
Все состояния с относительным орбитальным моментом L 0
имеют отрицательную пространственную четность P, а все состояния с L 1 положительную.
Наблюдение резонансовв
Cпособнаблюдениярезонансов—методинвариантныхмасс.
|
2 |
|
2 |
3 |
|
|
|
|
|||
|
3 |
|
|||
1 |
1 |
||||
|
|||||
|
|
R
а |
|
b |
|
а |
|
b |
|
|
|
|
|
|
|
Двевозможностипротеканияреакции a b 1 2 3 безобразованияпромежуточного резонансаR (слева) исобразованиемпромежуточногорезонансаR (справа).
m232 c4 Е2 Е3 2 с2 р2 р3 2 .
Наблюдая отдельные события в трековом детекторе, можно для каждого события получить величину инвариантной массы системы частиц 2 и 3 и затем построить распределение этих масс N(m23c2 ). Если
реакция идет без образования резонанса (левая часть), то корреляции между парой частиц 2, 3 и частицей 1 нет. Энергия и импульс распределяются между ними случайным образом и получится гладкоераспределениебезособенностей, заключенноевдопустимыхкинематическихграницах.
ЕслиреакцияидётсобразованиемпромежуточногорезонансаR, тогдаиззаконовсохраненияэнергиии импульсаследует
E |
R |
E E , |
p |
p |
p |
|
2 3 |
R |
2 |
3 |
Сильные распады адроновов
Все адроны за исключением протона являются нестабильными частицами и характеризуются способом распада и средним временем жизни . Определяющим для скорости распада является фундаментальное взаимодействие, ответственное за распад адрона. Быстрее всего за характерное время 10 23 с, происходят распады за счёт сильного взаимодействия.
|
|
n |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d d
|
d |
d |
n |
|
|
|
|
M ( ) 1232 МэВ
|
|
g |
u |
|
|
|
0 |
|
|
|
d |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
000000 |
|
|
|
|
0 |
|
0 |
|
||
|
|
|
|
u |
||||||
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
p |
n |
J |
3 / 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
d |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||