Кварко́ний — вид мезона, состоящий из кварка и антикварка одного и того же ароматаСуффикс -оний (-onium) применяется для обозначения связанных систем, состоящих из частицы и соответствующей античастицы; иногда для таких систем используется общий термин оний, см. :Категория:Онии.. Примерами таких частиц являются -мезон (c, состояние чармония см. ниже) и -мезон (b, состояние боттомония см. ниже). Реальное связанное состояние t-кварка и антикварка — , или тэта-мезон — не существует, поскольку t-кварк распадается путём слабого взаимодействия прежде, чем может сформировать связанное состояние (однако может существовать виртуальная пара t). Обычно термин «кварконий» употребляется только применительно к тяжёлым ароматам, то есть мезонам, образованным тяжёлыми кварками (c, b, t). Это связано с тем, что физические состояния лёгких кварков (u, d и s), наблюдаемые в эксперименте, представляют собой квантово-механические суперпозиции всех ароматов. Большое различие в массах очарованного (с) и прелестного (b) кварков с лёгкими ароматами приводит к тому, что состояния первых хорошо описываются в терминах кварк-антикварковых пар одного аромата.

Состояния чармония

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:  — первое возбуждение (исторически это состояние называется ),  — 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 ; гибридное состояние чармония; молекула

В 2005 году в эксперименте BaBar объявили об открытии нового состояния Y(4260). Эксперименты CLEO и Belle также подтвердили его существование. Первоначально считалось, что это состояние чармония, однако имеются свидетельства более экзотической природы этой частицы, например молекула D-мезонов, система из 4 кварков или гибридный мезон.

Терм Частица Масса (МэВ/²) 0+(0−+) 2980,3 ± 1,2 0−(1−−) 3096,916 ± 0,011 0−(1+−) 3525,93 ± 0,27 0+(0++) 3414,75 ± 0,31 0+(1++) 3510,66 ± 0,07 0+(2++) 3556,20 ± 0,09 0+(0−+) или 3637 ± 4 0−(1−−) (3686) 3686,09 ± 0,04 0+(2−+) † 0−(1−−) (3770) 3772,92 ± 0,35 0−(2−−) 0−(3−−) 3842 ± 1 0−(1+−) † 0+(0++) † 0+(1++) † 0+(2++) † ???? 0?(??)† (3872) 3872,2 ± 0,8 ???? ??(1−−) (4260) 4260 Примечания: * Требует подтверждения. † Предсказан, но пока не обнаружен. † Интерпретируется как состояние чармония 1−−.

Состояния боттомония

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.

Терм () Частица Масса (МэВ/²) 0+(0−+) 9388,9 0−(1−−) 9460,30 ± 0,26 0−(1+−) 0+(0++) 9859,44 ± 0,52 0+(1++) 9892,76 ± 0,40 0+(2++) 9912,21 ± 0,40 0+(0−+) 0−(1−−) 10023,26 ± 0,31 0+(2−+) 0−(1−−) 10161,1 ± 1,7 0−(2−−) 0−(3−−) 0−(1+−) 0+(0++) 10232,5 ± 0,6 0+(1++) 10255,46 ± 0,55 0+(2++) 10268,65 ± 0,55 0−(1−−) 10355,2 ± 0,5 0−(1−−) или (10580) 10579,4 ± 1,2 0−(1−−) (10860) 10865 ± 8 0−(1−−) (11020) 11019 ± 8

Примечания: * Предварительный результат, требуется подтверждение.

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

Лёгкие кварки в мезоне движутся с 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 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 . Этот метод получил название 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 атома водорода. Один из наиболее популярных модельных потенциалов носит название потенциала Корнелла:

где  — эффективный радиус связанного состояния, и  — некие параметры. Такой потенциал состоит из двух частей. Первая, , отвечает потенциалу, создаваемому одноглюонным обменом между кварком и антикварком, и называется кулоновской частью, поскольку повторяет вид кулоновского потенциала электромагнитного поля, также пропорционального 1/. Вторая часть, , отвечает эффекту конфайнмента кварков. Обычно при использовании данного подхода берётся удобная форма волновой функции кварков, а параметры и 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-глюонного 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 -мезон -мезон Квантовая хромодинамика Позитроний

Примечания

Литература

Категория:Мезоны Категория:Онии