Просмотр кода страницы Кварконий

'''Кварко́ний''' — вид [[мезон]]а, состоящий из [[кварк]]а и [[антикварк]]а одного и того же [[Аромат (физика)|аромата]]<ref>Суффикс ''-оний'' (''-onium'') применяется для обозначения связанных систем, состоящих из частицы и соответствующей античастицы; иногда для таких систем используется общий термин ''[[оний]]'', см. [[:Категория:Онии]].</ref>. Примерами таких частиц являются [[J/ψ-мезон|{{math|J/ψ}}-мезон]] (''[[c-кварк|c]][[b-кварк|{{overline|c}}]],''  состояние чармония ''см. ниже'') и [[Ипсилон-мезон|{{math|ϒ}}-мезон]] (''[[b-кварк|b{{overline|b}}]],'' состояние боттомония ''см. ниже''). Реальное связанное состояние [[t-кварк]]а и антикварка — {{якорь2|топоний}}, или [[тэта-мезон]] — не существует, поскольку t-кварк распадается путём слабого взаимодействия прежде, чем может сформировать связанное состояние (однако может существовать виртуальная пара ''[[T-кварк|t]]{{overline|t}}''). Обычно термин «кварконий» употребляется только применительно к тяжёлым ароматам, то есть мезонам, образованным тяжёлыми кварками ([[C-кварк|c]], [[B-кварк|b]], [[T-кварк|t]]). Это связано с тем, что физические состояния лёгких кварков ([[u-кварк|u]], [[d-кварк|d]] и [[s-кварк|s]]), наблюдаемые в эксперименте, представляют собой квантово-механические суперпозиции всех ароматов. Большое различие в массах очарованного ([[C-кварк|с]]) и прелестного ([[B-кварк|b]]) кварков с лёгкими ароматами приводит к тому, что состояния первых хорошо описываются в терминах кварк-антикварковых пар одного аромата.

== Состояния чармония ==
[[Файл:Quark structure charmonium.svg|thumb|right|Схематическое изображение чармония]]
{{seealso|J/ψ-мезон|l1={{math|J/ψ}}-мезон}}
В представленной таблице одни и те же частицы могут быть названы с использованием спектроскопической нотации или путём указания их массы. В некоторых случаях используются серии возбуждений: {{math|Ψ′}} — первое возбуждение {{math|Ψ}} (исторически это состояние называется {{math|J/ψ}}), {{math|Ψ″}} — второе возбуждение и т. д.

Некоторые состояния предсказаны, но пока не обнаружены; другие не подтверждены. Квантовые числа частицы [[X(3872)]] неизвестны, по поводу её структуры идёт дискуссия. Это может быть:
* кандидат в состояние {{math|1<sup>1</sup>''D''<sub>2</sub>}};
* гибридное состояние чармония;
* молекула <math>D^0\bar D^{*0}.</math>

В 2005 году в эксперименте [[BaBar]] объявили об открытии нового состояния [[Y(4260)]]<ref>
{{cite web
 |date        = 2005-07-06
 |title       = A new particle discovered by BaBar experiment
 |url         = http://www.infn.it/news/newsen.php?id=351
 |publisher   = [[Национальный институт ядерной физики (Италия)|Istituto Nazionale di Fisica Nucleare]]
 |accessdate  = 2010-03-06
 |archiveurl  = https://www.webcitation.org/66558YwbX?url=http://www.infn.it/news/newsen.php?id=351
 |archivedate = 2012-03-11
}}</ref><ref>{{cite doi|10.1103/PhysRevLett.95.142001}}</ref>. Эксперименты [[CLEO]] и [[Belle (эксперимент)|Belle]] также подтвердили его существование. Первоначально считалось, что это состояние чармония, однако имеются свидетельства более экзотической природы этой частицы, например молекула [[D-мезон]]ов, система из 4 кварков или гибридный мезон.

{| class="wikitable"
|-
! width="40px" | [[Спектральный терм|Терм]] {{math|''n''<sup>2''S'' + 1</sup>''L''<sub>''J''</sub>}}
! width="40px" | {{math|''[[Изотопический спин|I]]<sup>[[G-чётность|G]]</sup>''(''[[Момент импульса#Момент импульса в квантовой механике|J]]<sup>[[Чётность (физика)|P]][[C-чётность|C]]</sup>'')}}
! width="200px" | Частица
! Масса (МэВ/{{math|''c''}}²)<ref>{{статья|автор=Patrignani C. et al. (Particle Data Group)|заглавие=2016 Review of Particle Physics : {{math|''c{{overline|c}}''}} MESONS|издание=Chin. Phys. C|год=2016|том=40|выпуск=|номер=|страницы=100001 |ссылка=http://pdglive.lbl.gov/ParticleGroup.action?node=MXXX025&init=|doi=|arxiv=|bibcode=|язык=en}} {{free access}}</ref>
|-
| {{math|1<sup>1</sup>''S''<sub>0</sub>}}
| 0<sup>+</sup>(0<sup>−+</sup>)
| {{math|η''<sub>c</sub>''(1''S'')}}
| 2980,3 ± 1,2
|-
| {{math|1<sup>3</sup>''S''<sub>1</sub>}}
| 0<sup>−</sup>(1<sup>−−</sup>)
| {{math|J/ψ(1''S'')}}
| 3096,916 ± 0,011
|-
| {{math|1<sup>1</sup>''P''<sub>1</sub>}}
| 0<sup>−</sup>(1<sup>+−</sup>)
| {{math|''h<sub>c</sub>''(1''P'')}}
| 3525,93 ± 0,27
|-
| {{math|1<sup>3</sup>''P''<sub>0</sub>}}
| 0<sup>+</sup>(0<sup>++</sup>)
| {{math|χ<sub>''c''0</sub>(1''P'')}}
| 3414,75 ± 0,31
|-
| {{math|1<sup>3</sup>''P''<sub>1</sub>}}
| 0<sup>+</sup>(1<sup>++</sup>)
| {{math|χ<sub>''c''1</sub>(1''P'')}}
| 3510,66 ± 0,07
|-
| {{math|1<sup>3</sup>''P''<sub>2</sub>}}
| 0<sup>+</sup>(2<sup>++</sup>)
| {{math|χ<sub>''c''2</sub>(1''P'')}}
| 3556,20 ± 0,09
|-
| {{math|2<sup>1</sup>''S''<sub>0</sub>}}
| 0<sup>+</sup>(0<sup>−+</sup>)
| {{math|η''<sub>c</sub>''(2''S'')}} или {{math|η′''<sub>c</sub>''}}
| 3637 ± 4
|-
| {{math|2<sup>3</sup>''S''<sub>1</sub>}}
| 0<sup>−</sup>(1<sup>−−</sup>)
| {{math|ψ}}(3686)
| 3686,09 ± 0,04
|-
| {{math|1<sup>1</sup>''D''<sub>2</sub>}}
| 0<sup>+</sup>(2<sup>−+</sup>)
| {{math|η<sub>''c''2</sub>(1''D'')}}<sup>[[#note3|†]]</sup>
|
|-
| {{math|1<sup>3</sup>''D''<sub>1</sub>}}
| 0<sup>−</sup>(1<sup>−−</sup>)
| {{math|ψ}}(3770)
| 3772,92 ± 0,35
|-
| {{math|1<sup>3</sup>''D''<sub>2</sub>}}
| 0<sup>−</sup>(2<sup>−−</sup>)
| {{math|ψ<sub>2</sub>(1''D'')}}
| align="center" |
|-
| {{math|1<sup>3</sup>''D''<sub>3</sub>}}
| 0<sup>−</sup>(3<sup>−−</sup>)
| {{math|ψ<sub>3</sub>(1''D'')}}
| align="center" |3842 ± 1<ref>{{Cite web|url=http://www.inp.nsk.su/press/28-dlya-slajdera/2278-v-tsern-obnaruzhena-novaya-chastitsa-kotoraya-utochnit-kvarkovuyu-model-2|title=В ЦЕРН обнаружена новая частица, которая уточнит кварковую модель|publisher=www.inp.nsk.su|accessdate=2019-02-28|archive-date=2019-02-28|archive-url=https://web.archive.org/web/20190228192055/http://www.inp.nsk.su/press/28-dlya-slajdera/2278-v-tsern-obnaruzhena-novaya-chastitsa-kotoraya-utochnit-kvarkovuyu-model-2|deadlink=no}}</ref>
|-
| {{math|2<sup>1</sup>''P''<sub>1</sub>}}
| 0<sup>−</sup>(1<sup>+−</sup>)
| {{math|''h<sub>c</sub>''(2''P'')}}<sup>[[#note3|†]]</sup>
| align="center" |
|-
| {{math|2<sup>3</sup>''P''<sub>0</sub>}}
| 0<sup>+</sup>(0<sup>++</sup>)
| {{math|χ<sub>''c''0</sub>(2''P'')}}<sup>[[#note3|†]]</sup>
| align="center" |
|-
| {{math|2<sup>3</sup>''P''<sub>1</sub>}}
| 0<sup>+</sup>(1<sup>++</sup>)
| {{math|χ<sub>''c''1</sub>(2''P'')}}<sup>[[#note3|†]]</sup>
| align="center" |
|-
| {{math|2<sup>3</sup>''P''<sub>2</sub>}}
| 0<sup>+</sup>(2<sup>++</sup>)
| {{math|χ<sub>''c''2</sub>(2''P'')}}<sup>[[#note3|†]]</sup>
| align="center" |
|-
| ?<sup>?</sup>?<sub>?</sub>
| 0<sup>?</sup>(?<sup>?</sup>)[[#note2|†]]
| {{math|''X''}}(3872)
| 3872,2 ± 0,8
|-
| ?<sup>?</sup>?<sub>?</sub>
| ?<sup>?</sup>(1<sup>−−</sup>)
| {{math|''Y''}}(4260)
| 4260{{+-|8|9}}
|}
<small>Примечания:</small>
: <small><span id="note1"><sup>*</sup></span> Требует подтверждения.</small>
: <small><span id="note3"><sup>†</sup></span> Предсказан, но пока не обнаружен.</small>
: <small><span id="note2"><sup>†</sup></span> Интерпретируется как состояние чармония 1<sup>−−</sup>.</small>

== Состояния боттомония ==
[[Файл:Quark structure bottomonium.svg|thumb|right|Схематическое изображение боттомония]]
{{seealso|Ипсилон-мезон|l1={{math|ϒ}}-мезон}}
В представленной таблице одни и те же частицы могут быть названы с использованием спектроскопической нотации или путём указания их массы.

Некоторые состояния предсказаны, но пока не обнаружены; другие не подтверждены.

{| class="wikitable"
|-
! width="40px" | [[Спектральный терм|Терм]] {{math|''n''<sup>2''S'' + 1</sup>''L''<sub>''J''</sub>}}
! width="40px" | {{math|''[[Изотопический спин|I]]<sup>[[G-чётность|G]]</sup>''}}({{math|''[[Момент импульса#Момент импульса в квантовой механике|J]]<sup>[[Чётность (физика)|P]][[C-чётность|C]]</sup>''}})
! width="200px" | Частица
!| Масса (МэВ/{{math|''c''}}²)<ref>{{статья|автор=Patrignani C. et al. (Particle Data Group)|заглавие=2016 Review of Particle Physics : {{math|''b{{overline|b}}''}} MESONS|издание=Chin. Phys. C|год=2016|том=40|выпуск=|номер=|страницы=100001 |ссылка=http://pdglive.lbl.gov/ParticleGroup.action?node=MXXX030&init=|doi=|arxiv=|bibcode=|язык=en}} {{free access}}</ref>
|-
|| {{math|1<sup>1</sup>''S''<sub>0</sub>}}
|| 0<sup>+</sup>(0<sup>−+</sup>)
|| {{math|η<sub>''b''</sub>(1''S'')}}
|| 9388,9{{+-|3,1|2,3}}
|-
|| {{math|1<sup>3</sup>''S''<sub>1</sub>}}
|| 0<sup>−</sup>(1<sup>−−</sup>)
|| {{math|''Υ''(1''S'')}}
|| 9460,30 ± 0,26
|-
|| {{math|1<sup>1</sup>''P''<sub>1</sub>}}
|| 0<sup>−</sup>(1<sup>+−</sup>)
|| {{math|''h<sub>b</sub>''(1''P'')}}
||
|-
|| {{math|1<sup>3</sup>''P''<sub>0</sub>}}
|| 0<sup>+</sup>(0<sup>++</sup>)
|| {{math|χ<sub>''b''0</sub>(1''P'')}}
|| 9859,44 ± 0,52
|-
|| {{math|1<sup>3</sup>''P''<sub>1</sub>}}
|| 0<sup>+</sup>(1<sup>++</sup>)
|| {{math|χ<sub>''b''1</sub>(1''P'')}}
|| 9892,76 ± 0,40
|-
|| {{math|1<sup>3</sup>''P''<sub>2</sub>}}
|| 0<sup>+</sup>(2<sup>++</sup>)
|| {{math|χ<sub>''b''2</sub>(1''P'')}}
|| 9912,21 ± 0,40
|-
|| {{math|2<sup>1</sup>''S''<sub>0</sub>}}
|| 0<sup>+</sup>(0<sup>−+</sup>)
|| {{math|η<sub>''b''</sub>(2''S'')}}
||
|-
|| {{math|2<sup>3</sup>''S''<sub>1</sub>}}
|| 0<sup>−</sup>(1<sup>−−</sup>)
|| {{math|''Υ''(2''S'')}}
|| 10023,26 ± 0,31
|-
|| {{math|1<sup>1</sup>''D''<sub>2</sub>}}
|| 0<sup>+</sup>(2<sup>−+</sup>)
|| {{math|η<sub>''b''2</sub>(1''D'')}}
||
|-
|| {{math|1<sup>3</sup>''D''<sub>1</sub>}}
|| 0<sup>−</sup>(1<sup>−−</sup>)
|| {{math|''Υ''(1''D'')}}
|| 10161,1 ± 1,7
|-
|| {{math|1<sup>3</sup>''D''<sub>2</sub>}}
|| 0<sup>−</sup>(2<sup>−−</sup>)
|| {{math|''Υ''<sub>2</sub>(1''D'')}}
||
|-
|| {{math|1<sup>3</sup>''D''<sub>3</sub>}}
|| 0<sup>−</sup>(3<sup>−−</sup>)
|| {{math|''Υ''<sub>3</sub>(1''D'')}}
||
|-
|| {{math|2<sup>1</sup>''P''<sub>1</sub>}}
|| 0<sup>−</sup>(1<sup>+−</sup>)
|| {{math|''h<sub>b</sub>''(2''P'')}}
||
|-
|| {{math|2<sup>3</sup>''P''<sub>0</sub>}}
|| 0<sup>+</sup>(0<sup>++</sup>)
|| {{math|χ<sub>''b''0</sub>(2''P'')}}
|| 10232,5 ± 0,6
|-
|| {{math|2<sup>3</sup>''P''<sub>1</sub>}}
|| 0<sup>+</sup>(1<sup>++</sup>)
|| {{math|χ<sub>''b''1</sub>(2''P'')}}
|| 10255,46 ± 0,55
|-
|| {{math|2<sup>3</sup>''P''<sub>2</sub>}}
|| 0<sup>+</sup>(2<sup>++</sup>)
|| {{math|χ<sub>''b''2</sub>(2''P'')}}
|| 10268,65 ± 0,55
|-
|| {{math|3<sup>3</sup>''S''<sub>1</sub>}}
|| 0<sup>−</sup>(1<sup>−−</sup>)
|| {{math|''Υ''(3''S'')}}
|| 10355,2 ± 0,5
|-
|| {{math|4<sup>3</sup>''S''<sub>1</sub>}}
|| 0<sup>−</sup>(1<sup>−−</sup>)
|| {{math|''Υ''(4''S'')}} или {{math|''Υ''}}(10580)
|| 10579,4 ± 1,2
|-
|| {{math|5<sup>3</sup>''S''<sub>1</sub>}}
|| 0<sup>−</sup>(1<sup>−−</sup>)
|| {{math|''Υ''}}(10860)
|| 10865 ± 8
|-
|| {{math|6<sup>3</sup>''S''<sub>1</sub>}}
|| 0<sup>−</sup>(1<sup>−−</sup>)
|| {{math|''Υ''}}(11020)
|| 11019 ± 8
|}

<small>'''Примечания''':</small>
: <small><span id="1"><sup>*</sup></span> Предварительный результат, требуется подтверждение.</small>

== Кварконий в КХД ==
Расчёты свойств мезонов в [[квантовая хромодинамика|квантовой хромодинамике (КХД)]] носят непертурбативный характер. Поэтому единственным доступным общим методом остаётся прямой расчёт с использованием [[Квантовая хромодинамика на решётке|КХД на решётке]]. Однако существуют и другие методы, также эффективные применительно к тяжёлому кварконию.

Лёгкие кварки в мезоне движутся с [[Специальная теория относительности|релятивистскими]] скоростями, поскольку масса их связанного состояния много больше масс самих составляющих кварков. Но скорость очарованного и прелестного кварков в соответствующих состояниях кваркония существенно меньше, и релятивистские эффекты затрагивают такие состояния в меньшей степени. Оценки этих скоростей {{math|''v''}} дают около 0,3 скорости света для чармония и 0,1 для боттомония. Таким образом расчёты таких состояний могут проводиться путём разложения по степеням малого параметра {{math|''v/c''}}. Этот метод получил название [[Нерелятивистская квантовая хромодинамика|нерелятивистской КХД]] (non-relativistic QCD — NRQCD).

Нерелятивистская КХД также квантуется как [[калибровочная теория на решётке]], что позволяет использовать ещё один подход в расчётах КХД на решётке. Таким образом было получено хорошее согласие с экспериментом в значении масс боттомония, и это является одним из лучших свидетельств состоятельности метода КХД на решётке. Для масс чармония согласие не такое хорошее, но учёные работают над улучшением данного метода. Также ведётся работа в направлении вычислений таких свойств, как ширины состояний кваркония и вероятности перехода между состояниями.

Ещё один исторически ранний, но до сих пор эффективный метод использует модель эффективного потенциала для расчёта масс состояний кваркония. Предполагается, что кварки, составляющие кварконий, движутся с нерелятивистскими скоростями в статическом потенциале, подобно тому, как это происходит с электроном в нерелятивистской модели [[атом водорода|атома водорода]]. Один из наиболее популярных модельных потенциалов носит название потенциала Корнелла:
: <math>V(r) = \frac{a}{r} + br,</math>
где {{math|''r''}} — эффективный радиус связанного состояния, {{math|''a''}} и {{math|''b''}} — некие параметры. Такой потенциал состоит из двух частей. Первая, {{math|''a/r''}}, отвечает потенциалу, создаваемому одноглюонным обменом между кварком и антикварком, и называется кулоновской частью, поскольку повторяет вид [[кулоновское взаимодействие|кулоновского потенциала]] [[электромагнитное поле|электромагнитного поля]], также пропорционального 1/{{math|''r''}}. Вторая часть, {{math|''br''}}, отвечает эффекту [[конфайнмент]]а кварков. Обычно при использовании данного подхода берётся удобная форма волновой функции кварков, а параметры {{math|''a''}} и {{math|''b''}} определяются путём подгонки к экспериментально измеренным значениям масс кваркониев. Релятивистские и прочие эффекты могут быть учтены путём добавления дополнительных членов к потенциалу, подобно тому, как это делается для атома водорода в нерелятивистской квантовой механике.

Последний метод не имеет качественного теоретического обоснования, однако весьма популярен, поскольку позволяет довольно точно предсказывать параметры кваркония, избегая длительных вычислений на решётке, а также разделяет влияние короткодействующего кулоновского потенциала и дальнодействующего эффекта конфайнмента. Это оказывается полезно для понимания характера сил между кварком и антикварком в КХД.

== Значение ==
Изучение кваркония представляет интерес с точки зрения определения параметров кварк-[[глюон]]ного взаимодействия. Мезоны проще для изучения, так как состоят только из двух кварков, а кварконий для этих целей подходит лучше всего из-за симметричности.

== См. также ==
* [[J/ψ-мезон|{{math|J/ψ}}-мезон]]
* [[Ипсилон-мезон|{{math|ϒ}}-мезон]]
* [[Квантовая хромодинамика]]
* [[Позитроний]]

== Примечания ==
{{примечания}}

== Литература ==
* {{статья|автор=Блум Э. Д., Фелдман Г. Дж. |заглавие=Кварконий|издание=[[УФН]]|год=1983|том=139|выпуск=|номер=3|страницы=529—551|ссылка=http://ufn.ru/ru/articles/1983/3/f/|doi=10.3367/UFNr.0139.198303f.0529|arxiv=|bibcode=|язык=ru}} {{free access}} 
* {{статья|автор=Пахлова Г. В., Пахлов П. Н., Эйдельман С. И. |заглавие=Экзотический чармоний|издание=УФН|год=2010|том=180|выпуск=|номер=3|страницы= 225—248|ссылка=http://ufn.ru/ru/articles/2010/3/a/|doi=10.3367/UFNr.0180.201003a.0225|arxiv=|bibcode=|язык=ru}} {{free access}}

{{Частицы}}

[[Категория:Мезоны]]
[[Категория:Онии]]