Mezon - Polski Serwis Naukowy

Mezony – cząstki elementarne należące do hadronów, o liczbie barionowej B=0 oraz spinach całkowitych. Mezony zbudowane są z par kwark-antykwark, co jest związane z tym, że wypadkowy ładunek kolorowy cząstki musi być równy zeru (antykwark posiada antykolor kwarku). Wewnętrzna geometria mezonu może być określona poprzez geometrię Bolai-Łobaczewskiego i przypuszczalnie ma, tak jak grawitacja, naturę geometryczną.

Bariony – w fizyce cząstek elementarnych rodzina cząstek elementarnych silnie oddziałujących fermionów (o spinie połówkowym). Bariony są podrodziną cząstek silnie oddziałujących nazywanej hadronami. Barionem jest proton czy neutron wspólnie nazywane nukleonami.

Kwark – cząstka elementarna, fermion, posiadający ładunek koloru (czyli podlegający oddziaływaniom silnym). Według obecnej wiedzy cząstki elementarne będące składnikami materii można podzielić na dwie grupy. Pierwszą grupę stanowią kwarki, drugą grupą są leptony. Każda z tych grup zawiera po sześć cząstek oraz ich antycząstki. Istnieje więc sześć rodzajów kwarków oraz odpowiednio sześć rodzajów ich antycząstek – antykwarków.

Historycznie nazwa mezon dotyczyła cząstek o masie pośredniej (po grecku mesos – pośredni) między masą elektronu a masą protonu. Obecnie do mezonów zalicza się także wiele rezonansów o masach większych od masy protonu.

Do metatrwałych (trwałych ze względu na oddziaływanie silne) mezonów należą mezony π (piony), K (kaony), η, D i B, a do rezonansów mezonowych mezony ρ, ω, φ, J/ψ i Υ.

Wszystkie metatrwałe mezony mają spin 0 i parzystość – chociaż dla B nie jest to pewne.

Proton, p <(gr.) πρῶτον – "pierwsze" (l.poj., rodz. nijaki)> - trwała cząstka elementarna z grupy barionów o ładunku +1 i masie spoczynkowej równej ok. 1 u. Protony są głównym składnikiem pierwotnego promieniowania kosmicznego. Protony wraz z neutronami (→ nukleony) tworzą jądra atomowe pierwiastków chemicznych. Liczba protonów w jądrze danego atomu jest równa jego liczbie atomowej, która z kolei jest podstawą uporządkowania atomów w układzie okresowym pierwiastków.

Spin jest to własny moment pędu cząstki w układzie w którym nie wykonuje ruchu postępowego. Własny oznacza tu taki, który nie wynika z ruchu danej cząstki względem innych cząstek, lecz tylko z samej natury tej cząstki. Każdy rodzaj cząstek elementarnych ma odpowiedni dla siebie spin. Cząstki będące konglomeratami cząstek elementarnych (np. jądra atomów) mają również swój spin będący sumą wektorową spinów wchodzących w skład jego cząstek elementarnych. Spin jest pojęciem czysto kwantowym. W mechanice klasycznej, gdy cząstka spoczywa, musi mieć zerowy moment pędu. Układ spoczynkowy istnieje tylko, gdy cząstka ma masę. Gdy cząstka jest bezmasowa (np. foton), można jedynie określić rzut spinu na kierunek propagacji cząstki. Matematycznie spin jest wielkością tensorową wynikającą z teorii kwantowej. Dokładnie jest to własność związana z tensorowym charakterem funkcji falowej, opisującej daną cząstkę, względem grupy obrotów. Np. funkcja falowa pionów może być uważana za wektor, funkcja falowa hipotetycznych grawitonów miałaby być tensorem 2. rzędu, zaś funkcja falowa elektronów jest spinorem o rzędzie 1/2.

Jądro atomowe, interpretowane jako stany związane barionów, istnieje wskutek wymiany mezonów między barionami.

Historia

W 1935 Hideki Yukawa opublikował teorię silnych oddziaływań jądrowych, która przewidywała istnienie cząstek o masie pośredniej między protonem a elektronem. Proponowano dla nich takie nazwy, jak barytron, yukon, mesotron, meson. W 1936 Carl David Anderson odkrył cząstkę o odpowiedniej masie, dzisiaj nazywaną mionem, ale jej własności nie odpowiadały przewidywaniom teorii. Przewidywaną cząstkę, dziś nazywaną mezonem π albo pionem, odkrył Cecil Frank Powell.

Kwarkonium (ang. quarkonium, liczba mnoga kwarkonia) jest to stan związany układu kwantowego utworzonego przez kwark i jego własny antykwark. Kwarkonia są szczególnym podzbiorem mezonów pozbawionych zapachu i koloru. Najlepiej poznanymi kwarkoniami są:

Miony to nietrwałe cząstki elementarne należące do kategorii leptonów. Występują w dwóch stanach ładunkowych (będących wzajemnie antycząstkami) μ+ i μ–. Masa mionu wynosi 105,66 MeV/c², gdzie c - prędkość światła w próżni, okres połowicznego zaniku jest równy 1,5 mikrosekundy (średni czas życia τ=2,2×10–6 s). Rozpadają się najczęściej na elektron, antyneutrino elektronowe oraz neutrino mionowe (µ+ odpowiednio na pozyton, neutrino elektronowe i antyneutrino mionowe). Należą do drugiej generacji cząstek elementarnych i wykazują pokrewieństwo z elektronem, tzn. posiadają takie same własności co elektron, z wyjątkiem około 207 razy większej masy.

Nazewnictwo

Mezony pozbawione zapachu – różne możliwości i odpowiednie symbole są podane w tabeli:

Uwagi

Zauważ, że niektóre kombinacje są zabronione: 0, 0, 1, 2, 3...
Pierwszy rząd zawiera tryplety izospinowe: π, π, π itp.
Drugi rząd zawiera pary elementów: φ to prawdopodobnie stan $s\bar s$ , a ω to stan $u \bar u + d \bar d$ . W innych wypadkach nie jest znany dokładny skład, więc prim jest użyty dla rozróżnienia.
Z powodów historycznych, stan 1³S1 mezonu ψ nazywa się J/ψ
Symbol bottomonium to wielki ypsilon (może wyglądać jak igrek przy niektórych czcionkach)
Mezony zawierające kwark szczytowy nie istnieją z powodu jego zbyt krótkiego czasu życia, ale są zarezerwowane symbole dla nich.

Mezony obdarzone zapachem:

Zapach jest jedną z liczb kwantowych przypisywanych elementarnym fermionom materii - kwarkom i leptonom. Zapach jest zachowywany w oddziaływaniach silnych i elektromagnetycznych, nie jest natomiast zachowany w oddziaływaniach słabych. Oznacza to, że tylko w oddziaływaniach słabych może następować zmiana zapachu kwarków i leptonów.

Chromodynamika kwantowa (ang. QCD – Quantum Chromo Dynamics) – teoria oddziaływań silnych czyli kwantowa teoria pola opisująca oddziaływanie silne, najsilniejsze z oddziaływań podstawowych.

Zobacz też

chromodynamika kwantowa

Przypisy

Fizyka jądra atomowego i cząstek elementarnych, część 2 (pol.). [dostęp 2010-01-23].
Naming scheme for hadrons (ang.). PDG. [dostęp 2011-10-30].

Linki zewnętrzne

właściwości mezonów