φ-Meson

Das ${\displaystyle \phi }$-Meson, auch Phi-Meson, ist ein Meson, das aus einem Strange-Quark ${\displaystyle s}$ und dem entsprechenden Anti-Quark ${\displaystyle {\bar {s}}}$ besteht und Spin 1 besitzt (Vektormeson).

Da das ${\displaystyle \phi }$-Meson u. a. ein Strange-Quark enthält, gehört es zu den seltsamen Teilchen. Da es aus einem Quark und seinem Antiquark besteht, handelt es sich darüber hinaus um ein Quarkonium.

Für den griechischen Kleinbuchstaben Phi gibt es zwei Schreibvarianten: ${\displaystyle \phi }$ und ${\displaystyle \varphi }$. Für das ${\displaystyle \phi }$-Meson ist die Variante mit durchgehendem vertikalen Strich () üblich.^[1] (Falls in diesem Artikel die andere Variante erscheint, hat das mit dem verwendeten Browser zu tun.)

Im Quarkmodell sind das ${\displaystyle \phi }$- und das ω-Meson Mischungen der drei Quark-Antiquark-Zustände uu, dd und ss der Up-, Down- und Strange-Quarks. Beide Mischungen haben jeweils eine Hyperladung ${\displaystyle Y=0}$ sowie einen Isospin ${\displaystyle I=0}$ und stehen im Multiplett der Vektormesonen an der gleichen Stelle wie das neutrale ρ-Meson ${\displaystyle \rho ^{0}}$.

Die drei zueinander orthogonalen Linearkombinationen der o. g. Quark-Antiquark-Zustände werden dabei wie folgt identifiziert:

${\displaystyle (u{\bar {u}}-d{\bar {d}})/{\sqrt {2}}}$ mit dem ${\displaystyle \rho ^{0}}$-Meson

${\displaystyle (u{\bar {u}}+d{\bar {d}}-2s{\bar {s}})/{\sqrt {6}}}$ mit ${\displaystyle \omega _{8}}$, einem Zustand des ω-Mesons im SU(3)-Oktett

${\displaystyle (u{\bar {u}}+d{\bar {d}}+s{\bar {s}})/{\sqrt {3}}}$ mit ${\displaystyle \omega _{1}}$, einem Zustand des ω-Mesons im SU(3)-Singulett.

Die physikalischen (Massen-)Zustände ${\displaystyle \phi }$ und ω ergeben sich wiederum als Linearkombinationen von ${\displaystyle \omega _{8}}$ und ${\displaystyle \omega _{1}}$:^[3]

${\displaystyle \left({\begin{array}{cc}\cos \theta _{\mathrm {V} }&-\sin \theta _{\mathrm {V} }\\\sin \theta _{\mathrm {V} }&\cos \theta _{\mathrm {V} }\end{array}}\right)\left({\begin{array}{c}\omega _{8}\\\omega _{1}\end{array}}\right)=\left({\begin{array}{c}\phi \\\omega \end{array}}\right).}$

Der so eingeführte Mischungswinkel ${\displaystyle \theta _{V}}$ hat einen experimentellen Wert, der mit etwa 39° fast dem idealen Mischungswinkel von ≈35,3° (${\displaystyle \tan \theta _{V}=1/{\sqrt {2}}}$) entspricht. Das ${\displaystyle \phi }$-Meson besteht also fast ausschließlich aus einem Strange-Antistrange-Quarkpaar, und die Flavour-Wellenfunktion kann geschrieben werden als

${\displaystyle |\phi \rangle \approx |s{\bar {s}}\rangle }$.

Das ${\displaystyle \phi }$-Meson wurde zuerst im Jahre 1963 am Lawrence Radiation Laboratory in Kaon-Proton-Reaktionen nachgewiesen.^[4]

${\displaystyle \phi }$-Mesonen zerfallen unter der starken Wechselwirkung. Der Zerfall erfolgt überwiegend in zwei Kaonen, entweder die geladenen Κ⁺ / Κ⁻ (48,9 %) oder die neutralen Κ⁰_L / Κ⁰_S (34,2 %), und zu einem geringeren Teil entweder in ein ρ-Meson und ein Pion oder in drei Pionen (15,4 %).^[2] Letztere beide Zerfallskanäle in Mesonen ohne Strangeness sollten auf Grund ihres höheren Q-Wertes eigentlich dominant sein, werden aber durch die OZI-Regel unterdrückt.

Auf Grund der Mischungseffekte der pseudoskalaren η-Mesonen ist das ${\displaystyle \phi }$-Meson das leichteste Meson, das aus einem Strange-Antistrange-Quarkpaar besteht.

• Liste der Mesonen

1. ↑ ^{a b} Die Angaben über die Teilcheneigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, entnommen aus: S. Navas et al. (Particle Data Group): Review of Particle Physics. In: Phys. Rev. D 110, 030001 (2024), doi:10.1103/PhysRevD.110.030001
2. ↑ ^{a b} S. Navas et al. (2024): Particle listings – ${\displaystyle \phi }$ (PDF; 217 kB)
3. ↑ Reviews - Quark Model (PDF; 644 kB) aus 2010 Review of Particle Physics, K. Nakamura et al. (Particle Data Group), J. Phys. G 37, 075021 (2010)
4. ↑ P. Schlein et al.: Quantum Numbers of a 1020-MeV KK̅ Resonance. In: Phys. Rev. Lett. Nr. 10, 1963, S. 368–371, doi:10.1103/PhysRevLett.10.368.