6. Кварковая структура легчайших барионов и мезонов

Кварковый состав октета легчайших барионов с J^p=1/2⁺ (табл.9.4) показан на рис.9.7, выполненном в координатах I₃, S.

Ðèñ. 9.7

Барионный октет J^p=1/2⁺ формируется из трех легчайших кварков u, d, s. Из полученных семи комбинаций этих кварков одна (uds) соответствует двум разным частицам - ^o и . Отличие этих двух частиц состоит в том, что ^o это частица с изоспином I=1 и проекцией изоспина I₃=0, т.е. эта частица входит в состав изотриплета ⁺, ^o, ^-. В то же время - это изосинглет, т.е. частица с I=0 и I₃=0.

Если на рис.9.7 все частицы заменить на античастицы, то получим кварковую структуру октета легчайших антибарионов. В состав этого октета будут, например, входить антинейтрон , антипротон, антисигма-плюс-гиперон, имеющий отрицательный электрический заряд.

На рис.9.8 показан кварковый состав нонета легчайших мезонов с J^p=0^- (частицы, входящие в состав этого мультиплета, приведены в первой строчке выражения (9.10)). Ниже mc²=1000 МэВ нет других мезонов с J^p=0^-.

Ðèñ. 9.8.

Этот супермультиплет, как и все другие супермультиплеты мезонов, одновременно содержит частицы и их античастицы (это отличает мезоны от барионов), т.е. в данном случае мы имеем супермультиплет мезонов/антимезонов. Действительно, рассмотрим, например, частицу . Чтобы получить е¸ античастицу, нужно кварки, входящие в состав, заменить на антикварки:,. Получаем. Именно эта частица занимает нижнюю правую “ячейку” фигуры 9.8. Вообще частица и е¸ античастица на рис.9.8 располагаются симметрично относительно центра фигуры (точки с S=0 и I₃=0). Рядом с символом частицы на рис.9.8 приведена е¸ масса в МэВ, что позволяет убедиться в равенстве масс у частиц и античастиц и разбить нонет мезон/антимезонов на изоспиновые мультиплеты (в которые, как уже говорилось, группируются частицы с близкими массами). Нонет распадается на два изодублета (I=1/2) - K^o, K⁺ è K^-, , один изотриплет (I=1) -^-, ^o, ⁺ и два изосинглета (I=0) - и .

Рассмотрим вопрос о том, почему в центре фигуры (S=0 и I₃=0) оказались три частицы и как они отличаются с точки зрения кваркового состава. Из u, d, s-кварков и их антикварков можно составить только три -ïàðû ñ I₃=0. Ýòî ,è. По-существу, эти три возможности и приводят к появлению трех частиц в центре нонета. Однако эти частицы не являются чистыми по аромату-комбинациями (,èëè), а оказываются смесью этих трех комбинаций с различными весами:++, ãäå²+²+²=1. Одна из этих комбинаций должна иметь I=1 и соответствовать ^o-мезону - члену изотриплета -мезонов. В составлении кварковой комбинации ^o-мезона могут участвовать лишь è-пары, т.к. только из кварков этого типа (имеющих изоспин 1/2) можно сформировать состояния с I=1. Таким образом, (^o)=0. Две оставшиеся комбинации кварков отвечают изосинглетам - частицам с I=0, у которых нет изоспиновых партнеров за пределами центра нонета. Эти две частицы - и -мезоны. В формировании их кваркового состава участвуют,è-пары. Вид кварковых комбинаций для и- мезонов (как и всех других мезонов нонета) приведен без доказательства в конце раздела 3 Лекции 10. Здесь лишь заметим, что, поскольку в состав и-мезонов входит-пара, состоящая из значительно более тяжелых кварков, чем u и d (табл.9.5), то рассматриваемые мезоны ( и) имеют существенно большие массы, чем^o-мезон.

Мезоны ^o, è располагающиеся в центре фигуры 9.8, являются истинно нейтральными частицами, т.е. для них частица и античастица тождественны. Это следует из того, что все эти мезоны - комбинации пародинакового аромата (,èëè). Замена в этих комбинациях кварк антикварк и наоброт не меняет кварковой структуры комбинации, т.е приводит к той же частице.

Основываясь на кварковой структуре барионов, легко прийти к выводу, что среди последних нет истинно нейтральных частиц.