Мезон

Мезон

Состав	Composite—Quarks and antiquarks
Статистика	Bosonic
Заемодејства	Strong, Weak, Electromagnetic and Gravity
Предвиденна	Hideki Yukawa (1935)
Откриена	1947
Видови	~140 (List)
Маса	From 134.9 MeV/c2 ( π0 ) to 9.460 GeV/c2 ( ϒ )
Ел. полнеж	−1 e, 0 e, +1 e
Спин	0, 1

Во честичната физика, мезоните ( / m i z ɒ n z / или / m ɛ z ɒ n z / ) се хадрони, субатомски честички составени од еден кварк и еден антикварк, врзани заедно со силна интеракција . Бидејќи мезоните се составени од под-делови на кваркот, тие имаат физичка големина   , особено со пречник од приближно еден фемтометар, кој е околу 1,2 пати поголеми од големината на протонот или неутронот . Сите мезони се нестабилни, со најдолго времетрае од само неколку стотинки од микросекунда. Наелектризираните мезони се распаѓаат (понекогаш преку посредувачки честички) за да формираат електрони и неутрини . Ненаелектризираните мезони можат да се распаѓаат на фотони. И двете распаѓања укажуваат дека бојата повеќе не е одлика на нуспроизводите.

Надвор од јадрото, мезоните се појавуваат во природата само како краткотрајни производи на високоенергетските судири меѓу честички направени од кваркови, како што е космичкото зрачење (високоенергетски протони и неутрони) и обична материја. Мезоните, исто така, често се произведуваат вештачки во циклотронот во судирите на протони, антипротони или други честички.

Високо енергетските (помасивни) мезони се создадени моментално при Големата експлозија, но се смета дека денес не играат улога во природата. Меѓутоа, таквите тешки мезони редовно се создаваат во експериментите со забрзувач на честички, со цел да се разбере природата на потешките типови на кваркови кои ги сочинуваат потешките мезони.

Мезоните се дел од фамилијата на хадрони и се дефинираат едноставно како честички составени од парен број на кваркови. Други членови на хадронското семејство се барионите : субатомски честички составени од непарен број валентни кваркови (најмалку 3), а некои експерименти покажуваат докази за егзотични мезони, кои немаат конвенционална валентна содржина на кварк од два кварка (еден кварк и еден антикварк), туку 4 или повеќе.

Бидејќи кварковите имаат спин од 1/2, разликата во кварковиот број помеѓу мезони и бариони резултира со конвенционалните мезони со два кварка се бозони, додека бариони се фермиони .

Секој тип мезон има соодветен античестичка (антимезон) во кој кварковите се заменуваат со нивните соодветни антиквари и обратно. На пример, позитивен пион (
π+
</br>
π+
</br> ) е направен од еден кварк и еден антикварк; и неговата соодветна античестичка, негативниот пион (
π−
</br>
π−
</br> ), е направена од еден повисок антикварк и еден понизок кварк.

Бидејќи мезоните се составени од кваркови, тие учествуваат и во слабо и во силно заемодејство. Мезоните со нето електричен набој исто така учествуваат во електромагнетизмот . Мезоните се класифицираат според нивната содржина на кварк, вкупен аголен момент, паритет и разни други својства, како што се C-паритет и G-паритет . Иако мезоните не се стабилни, сепак оние со пониска маса се постабилни од помасивните и оттаму полесно се набљудуваат и учат во Забрзувачите на честички или во експериментите со космички зраци . Мезоните се, исто така, обично помалку масивни од барионите, што значи дека тие полесно се произведуваат во експериментите, и со тоа се изложуваат на одредени повисоки енергетски појави многу полесно отколку барионите. На пример, волшебниот кварк првпат бил забележан во J / Psi мезонот (
J/ψ
</br>
J/ψ
</br> ) во 1974 година, , а длабинскиот кварк во upsilon мезонот (
ϒ
</br>
ϒ
</br> ) во 1977 година.

Историјат

Од теоретски размислувања, во 1934 година, Хидеки Јукава го предвидел постоењето и приближната маса на "мезонот" како носител на јадрената сила што ја содржат атомските јадра . Ако немаше јадрена сила, сите јадра со два или повеќе протони ќе летаа одделно поради електромагнетно одбивање. Јукава ја нарече својата честичка според носителот мезон, од μέσος mesos, грчкиот збор за "средно", бидејќи нејзината предвидена маса била помеѓу онаа на електронот и онаа на протонот, која има околу 1.836   пати поголема маса од масата на електронот. Јукава првично ја именувал својата честичка "мезотрон", но бил исправен од страна на физичарот Вернер Хајзенберг (чиј татко бил професор по грчки јазик на Универзитетот во Минхен ). Хајзенберг нагласувал дека во грчкиот збор "мезос" не постои "tr".

Првиот кандидат за мезон на Јукава, сега познат во модерната терминологија како мјуон, беше откриен во 1936 од Карл Дејвид Андерсон и други во распаѓачките производи при интеракциите на космичките зраци. Mу мезонот ја имаше вистинска маса за да биде носител на Јукава на силна јадрена сила, но во текот на следната деценија, стана јасно дека тоа не е вистинската честичка. На крајот беше откриено дека "музонот" воопшто не учествувал во силната јадрена интеракција, туку се однесувал како тешка верзија на електронот и на крајот бил класифициран како лептон како електронот, а не мезон. Физичарите во правењето на овој избор одлучија дека својствата, освен масата на честички, треба да ја контролираат нивната класификација.

Имаше години на доцнење во истражувањето на субатомските честички за време на Втората светска војна (1939-1945), кога повеќето физичари работеле на применети проекти за воени потреби. Кога војната завршила во август   1945 година, многу физичари постепено се враќале на мирнодопски истражувања. Првиот вистински мезон што требало да се открие беше она што подоцна било наречено " Пи мезон " (или пион). Ова откритие беше направено во 1947 година од страна на Сесил Пауел, Цезар Латес и Џузепе Очијалини, кои ги испитуваа космичките зраци на Универзитетот во Бристол, Англија, врз основа на фотографски филмови поставени во планините Андите. Некои од овие мезони имале приближно иста маса како и веќе познатиот мезон, но се чинеше дека се распаѓаат во неа, водечкиот физичар Роберт Маршак во 1947 година поставил хипотеза дека тоа всушност е нов и различен мезон. Во текот на следните неколку години, повеќе експерименти покажаа дека пион навистина бил вклучен во силни интеракции. Пион (како виртуелна честичка ), исто така, се верува дека е примарен носител на јадрена сила во атомските јадра . Други мезони, како што се виртуелните ро мезони, се вклучени и во медијацијата на оваа сила, но во помала мера. По откривањето на пион, на Јукава му беше доделена Нобеловата награда за физика од 1949 година за неговите предвидувања.

Во минатото, зборот мезон понекогаш се користел за означување на кој било носител на сила, како што е "Z ⁰ мезонот", кој е вклучен во медијацијата на слабо заемодејство . Сепак, оваа употреба испадна од употреба, а мезоните сега се дефинирани како честички составени од парови на кваркови и антиквари.

Преглед

Квантни броеви на вкус

Беше забележан квантниот број на непознатост S (да не се меша со спин) беше забележано да оди нагоре и надолу, заедно со масата на честичките. Колку е повисока масата, толку е помала од непознатоста ( повеќе S кваркови). Честичките може да бидат опишани со изоспински проекции (поврзани со полнење) и непознатост (маса) . Како што беа откривани други кваркови, беа направени нови квантни броеви за да имаат сличен опис на унк и udb нонетите. Бидејќи само сличностите u и d се слични, овој опис на масата на честички и полнежот во однос на квантните броеви на изоспинот и вкусот добро функционира само за нокетите изработени од еден u, еден d и еден друг кварк и се распаѓа за останатите nonets ( на пример ucb nonet). Ако сите кваркови ја имаат истата маса, нивното однесување би било наречено симетрично, бидејќи сите тие ќе се однесуваат на ист начин во однос на силната интеракција. Како и да е, со оглед на тоа што кварковите немаат иста маса, тие не комуницираат на ист начин (токму како што електронот сместен во електрично поле ќе забрза повеќе отколку протон сместен во исто поле поради неговата помала маса), и викаме дека симетријата е скршена .

Беше забележано дека полнежот ( Q ) е поврзан со изоспинската проекција ( I ₃ ), барионскиот број ( B ) и квантните броеви на вкусот ( S, C, B ′, T ) со формулата на Gell-Mann-Nishiyima :

Не можев да расчленам (синтаксна грешка): {\displaystyle <mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mi> <math>Q=I_3+\frac{1}{2}(B+S+C+B^\prime+T),} </mi><mo> $Q=I_{3}+{\frac {1}{2}}(B+S+C+B^{\prime }+T),$ </mo><msub><mi> $Q=I_{3}+{\frac {1}{2}}(B+S+C+B^{\prime }+T),$ </mi><mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mn> $Q=I_{3}+{\frac {1}{2}}(B+S+C+B^{\prime }+T),$ </mn></mrow></msub><mo> $Q=I_{3}+{\frac {1}{2}}(B+S+C+B^{\prime }+T),$ </mo><mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mfrac><mn> $Q=I_{3}+{\frac {1}{2}}(B+S+C+B^{\prime }+T),$ </mn><mn> $Q=I_{3}+{\frac {1}{2}}(B+S+C+B^{\prime }+T),$ </mn></mfrac></mrow><mo stretchy="false"> $Q=I_{3}+{\frac {1}{2}}(B+S+C+B^{\prime }+T),$ </mo><mi> $Q=I_{3}+{\frac {1}{2}}(B+S+C+B^{\prime }+T),$ </mi><mo> $Q=I_{3}+{\frac {1}{2}}(B+S+C+B^{\prime }+T),$ </mo><mi> $Q=I_{3}+{\frac {1}{2}}(B+S+C+B^{\prime }+T),$ </mi><mo> $Q=I_{3}+{\frac {1}{2}}(B+S+C+B^{\prime }+T),$ </mo><mi> $Q=I_{3}+{\frac {1}{2}}(B+S+C+B^{\prime }+T),$ </mi><mo> $Q=I_{3}+{\frac {1}{2}}(B+S+C+B^{\prime }+T),$ </mo><msup><mi> $Q=I_{3}+{\frac {1}{2}}(B+S+C+B^{\prime }+T),$ </mi><mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mi class="MJX-variant" mathvariant="normal"> $Q=I_{3}+{\frac {1}{2}}(B+S+C+B^{\prime }+T),$ </mi></mrow></msup><mo> $Q=I_{3}+{\frac {1}{2}}(B+S+C+B^{\prime }+T),$ </mo><mi> $Q=I_{3}+{\frac {1}{2}}(B+S+C+B^{\prime }+T),$ </mi><mo stretchy="false"> $Q=I_{3}+{\frac {1}{2}}(B+S+C+B^{\prime }+T),$ </mo><mo> $Q=I_{3}+{\frac {1}{2}}(B+S+C+B^{\prime }+T),$ </mo></mstyle></mrow> </math>$Q=I_{3}+{\frac {1}{2}}(B+S+C+B^{\prime }+T),$ $Q=I_{3}+{\frac {1}{2}}(B+S+C+B^{\prime }+T),$ </img>

каде што S, C, B ′ и Т претставуваат непознатост, шарм, дно и врв на квантните броеви , соодветно. Тие се поврзани со бројот на непознати, шарм, дно и врв кваркови и антикварк според следните релации:

Не можев да расчленам (синтаксна грешка): {\displaystyle <mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mi> <math>S=-(n_s-n_\bar{s})} </mi><mo> $S=-(n_{s}-n_{\bar {s}})$ </mo><mo> $S=-(n_{s}-n_{\bar {s}})$ </mo><mo stretchy="false"> $S=-(n_{s}-n_{\bar {s}})$ </mo><msub><mi> $S=-(n_{s}-n_{\bar {s}})$ </mi><mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mi> $S=-(n_{s}-n_{\bar {s}})$ </mi></mrow></msub><mo> $S=-(n_{s}-n_{\bar {s}})$ </mo><msub><mi> $S=-(n_{s}-n_{\bar {s}})$ </mi><mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mover><mi> $S=-(n_{s}-n_{\bar {s}})$ </mi><mo stretchy="false"> $S=-(n_{s}-n_{\bar {s}})$ </mo></mover></mrow></mrow></msub><mo stretchy="false"> $S=-(n_{s}-n_{\bar {s}})$ </mo></mstyle></mrow> </math>$S=-(n_{s}-n_{\bar {s}})$ $S=-(n_{s}-n_{\bar {s}})$ </img>

Не можев да расчленам (синтаксна грешка): {\displaystyle <mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mi> <math>C=+(n_c-n_\bar{c})} </mi><mo> $C=+(n_{c}-n_{\bar {c}})$ </mo><mo> $C=+(n_{c}-n_{\bar {c}})$ </mo><mo stretchy="false"> $C=+(n_{c}-n_{\bar {c}})$ </mo><msub><mi> $C=+(n_{c}-n_{\bar {c}})$ </mi><mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mi> $C=+(n_{c}-n_{\bar {c}})$ </mi></mrow></msub><mo> $C=+(n_{c}-n_{\bar {c}})$ </mo><msub><mi> $C=+(n_{c}-n_{\bar {c}})$ </mi><mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mover><mi> $C=+(n_{c}-n_{\bar {c}})$ </mi><mo stretchy="false"> $C=+(n_{c}-n_{\bar {c}})$ </mo></mover></mrow></mrow></msub><mo stretchy="false"> $C=+(n_{c}-n_{\bar {c}})$ </mo></mstyle></mrow> </math>$C=+(n_{c}-n_{\bar {c}})$ $C=+(n_{c}-n_{\bar {c}})$ </img>

Не можев да расчленам (синтаксна грешка): {\displaystyle <mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><msup><mi> <math>B^\prime=-(n_b-n_\bar{b})} </mi><mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mi class="MJX-variant" mathvariant="normal"> $B^{\prime }=-(n_{b}-n_{\bar {b}})$ </mi></mrow></msup><mo> $B^{\prime }=-(n_{b}-n_{\bar {b}})$ </mo><mo> $B^{\prime }=-(n_{b}-n_{\bar {b}})$ </mo><mo stretchy="false"> $B^{\prime }=-(n_{b}-n_{\bar {b}})$ </mo><msub><mi> $B^{\prime }=-(n_{b}-n_{\bar {b}})$ </mi><mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mi> $B^{\prime }=-(n_{b}-n_{\bar {b}})$ </mi></mrow></msub><mo> $B^{\prime }=-(n_{b}-n_{\bar {b}})$ </mo><msub><mi> $B^{\prime }=-(n_{b}-n_{\bar {b}})$ </mi><mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mover><mi> $B^{\prime }=-(n_{b}-n_{\bar {b}})$ </mi><mo stretchy="false"> $B^{\prime }=-(n_{b}-n_{\bar {b}})$ </mo></mover></mrow></mrow></msub><mo stretchy="false"> $B^{\prime }=-(n_{b}-n_{\bar {b}})$ </mo></mstyle></mrow> </math>$B^{\prime }=-(n_{b}-n_{\bar {b}})$ $B^{\prime }=-(n_{b}-n_{\bar {b}})$ </img>

Не можев да расчленам (SVG (MathML може да се овозможи преку приклучок на прелистувачот): Неважечки одговор („Math extension cannot connect to Restbase.“) од опслужувачот „https://localhost:6011/mk.wikipedia.org/v1/“:): {\displaystyle <mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mi> <math>T=+(n_t-n_\bar{t}),} </mi><mo> $T=+(n_{t}-n_{\bar {t}}),$ </mo><mo> $T=+(n_{t}-n_{\bar {t}}),$ </mo><mo stretchy="false"> $T=+(n_{t}-n_{\bar {t}}),$ </mo><msub><mi> $T=+(n_{t}-n_{\bar {t}}),$ </mi><mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mi> $T=+(n_{t}-n_{\bar {t}}),$ </mi></mrow></msub><mo> $T=+(n_{t}-n_{\bar {t}}),$ </mo><msub><mi> $T=+(n_{t}-n_{\bar {t}}),$ </mi><mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mover><mi> $T=+(n_{t}-n_{\bar {t}}),$ </mi><mo stretchy="false"> $T=+(n_{t}-n_{\bar {t}}),$ </mo></mover></mrow></mrow></msub><mo stretchy="false"> $T=+(n_{t}-n_{\bar {t}}),$ </mo><mo> $T=+(n_{t}-n_{\bar {t}}),$ </mo></mstyle></mrow> </math>$T=+(n_{t}-n_{\bar {t}}),$ $T=+(n_{t}-n_{\bar {t}}),$ </img>

што значи дека формулата на Gell-Mann-Nijijima е еквивалентна на изразот на полнеж во однос на содржината на кварк:

Класификација

Мезоните се класифицираат во групи според нивниот изоспин ( I ), вкупниот аголен момент ( J ), паритетот ( P ), G-паритетот ( G ) или C-паритетот ( C ) кога е применливо, и содржината на кварк (q). Правилата за класификација се дефинирани од страна на Групата за податоци на честички и се прилично збунувачки. Правилата се претставени подолу, во табеларна форма заради поедноставување.

Видови на мезони

Мезоните се класифицираат во типови според нивните спин конфигурации. На некои специфични конфигурации им се дадени посебни имиња врз основа на математичките својства на нивната спин-конфигурација.