что такое мезоны в физике

Полезное

Смотреть что такое «Мезоны» в других словарях:

МЕЗОНЫ — нестабильные элементарные частицы с нулевым или целым спином, принадлежащие к классу адронов и не имеющие барионного заряда. К мезонам относятся пи мезоны, К мезоны, многие резонансы; обнаружены мезоны с очарованием и красотой … Большой Энциклопедический словарь

МЕЗОНЫ — МЕЗОНЫ, ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ, принадлежащие к подгруппе АДРОНОВ, имеющие нулевой или целый спин. Мезоны включают пионы, каоны и эта мезоны. Мезоны в неограниченном количестве могут производится либо разрушаться при ядерных реакциях или… … Научно-технический энциклопедический словарь

МЕЗОНЫ — нестабильные фундаментальные (составные) (см.), относящиеся к классу (см.), обладающие нулевым или целым (см.) и участвующие в сильном, слабом и электромагнитном взаимодействиях. Гипотетически все М. могут быть построены из двух (см.) (кварка и… … Большая политехническая энциклопедия

МЕЗОНЫ — нестабильные элем. частицы, принадлежащие к классу адронов; в отличие от барионов, М. не имеют барионного заряда и обладают нулевым или целочисленным спином (явл. бозонами). Назв. «М.» (от греч. mesos средний, промежуточный) связано с тем, что… … Физическая энциклопедия

мезоны — нестабильные элементарные частицы с нулевым или целым спином, принадлежащие к классу адронов и не имеющие барионного заряда. К мезонам относятся пи мезоны, K мезоны, многие резонансы; обнаружены мезоны с «очарованием» и «красотой». * * * МЕЗОНЫ… … Энциклопедический словарь

Мезоны — (от мезо) нестабильные элементарные частицы с нулевым или целым спином, принадлежащие к классу адронов. К мезонам относят пи мезоны, К мезоны, многие так называемые резонансы, а также мезоны кваркового типа … Начала современного естествознания

Мезоны — нестабильные элементарные частицы, принадлежащие к классу сильно взаимодействующих частиц (адронов); в отличие от барионов (См. Барионы) М. не имеют барионного заряда (См. Барионный заряд) и обладают нулевым или целочисленным спином… … Большая советская энциклопедия

Мезоны — нестабильные элементарные частицы, относящиеся к адронам и обладающие нулевым или целым спином, но не имеющие барионного заряда. К М. относятся К мезоны, пи мезоны и некоторые резонансы. Являются переносчиками ядерных сил … Астрономический словарь

МЕЗОНЫ — (от греч. mesos средний, промежуточный) нестабильные элементарные частицы, участвующие в сильном взаимодействии. Назв. М. связано с тем, что у первых открытых М. я мезонов (пионов) и К мезонов (каонов) значения массы, примерно равной для пионов… … Большой энциклопедический политехнический словарь

МЕЗОНЫ — элементарные частицы, обладающие целочисленным спином и не имеющие барион ного заряда; относятся к адронам. Состоят чаще всего из кварка, антикварка и глюонов. Все М. (л, К, мн. резонансы и др.) нестабильные частицы. Назв. связано с тем, что… … Естествознание. Энциклопедический словарь

Источник

К середине XX века в физике появилось понятие «зоопарка частиц», означающее множество разнообразных элементарных составляющих материи, с которым столкнулись ученые после того, как были созданы достаточно мощные ускорители. Одними из самых многочисленных обитателей «зоопарка» стали объекты, получившие название мезонов. Это семейство частиц наряду с барионами входит в обширную группу адронов. Изучение их позволило проникнуть на более глубокий уровень структуры материи и способствовало упорядочению знаний о ней в современную теорию фундаментальных частиц и взаимодействий – Стандартную модель.

История открытия

Вам будет интересно: Вузы Абакана: список, обзор ведущих учреждений

В начале 1930 годов, после прояснения состава атомного ядра, встал вопрос о природе сил, обеспечивающих его существование. Было ясно, что взаимодействие, связывающее нуклоны, должно быть чрезвычайно интенсивным и осуществляться путем обмена некими частицами. Расчеты, выполненные в 1934 году японским теоретиком Х. Юкавой, показали, что по массе эти объекты превосходят электрон в 200–300 раз и, соответственно, в несколько раз уступают протону. Позднее они получили наименование мезонов, что в переводе с греческого означает «средний». Однако их первое прямое обнаружение оказалось «осечкой», связанной с близостью значения масс очень разных частиц.

Вам будет интересно: Индустриально-педагогический колледж (Минск): адрес, специальности, отзывы

В 1936 году в космических лучах были открыты объекты (их назвали мю-мезонами) с массой, соответствующей расчетам Юкавы. Казалось, искомый квант ядерных сил найден. Но затем выяснилось, что мю-мезоны – это частицы, не имеющие отношения к обменным взаимодействиям между нуклонами. Они вместе с электроном и нейтрино относятся к другому классу объектов микромира – лептонам. Частицы были переименованы в мюоны, а поиски продолжались.

Кванты Юкавы были обнаружены только в 1947 году и получили название «пи-мезоны», или пионы. Оказалось, что электрически заряженный либо нейтральный пи-мезон – это действительно та частица, обмен которой позволяет нуклонам сосуществовать в ядре.

Структура мезонов

Вам будет интересно: Что такое подчеревок и как правильно его приготовить

Практически сразу стало понятно: пионы пришли в «зоопарк частиц» не одни, а с многочисленными родственниками. Однако именно благодаря количеству и разнообразию этих частиц удалось установить, что они являются комбинациями небольшого числа фундаментальных объектов. Такими структурными элементами оказались кварки.

Кварки старших поколений, такие как s, c и b, сообщают образуемым ими мезонам соответствующие ароматы – странность, очарование и прелесть, выражаемые собственными квантовыми числами. Целочисленный электрический заряд мезона складывается из дробных зарядов образующих его частицы и античастицы. Помимо этой пары, именуемой валентными кварками, в состав мезона входит множество («море») виртуальных пар и глюонов.

Мезоны и фундаментальные силы

Мезоны, а точнее, составляющие их кварки, участвуют во всех типах взаимодействий, описываемых Стандартной моделью. Интенсивность взаимодействия прямо связана с симметричностью обусловленных им реакций, то есть с сохранением тех или иных величин.

Наименее интенсивны слабые процессы, в них сохраняются энергия, электрический заряд, импульс, момент импульса (спин), – иначе говоря, действуют лишь универсальные симметрии. В электромагнитном взаимодействии сохраняются также четность и флейворные квантовые числа мезонов. Это – процессы, играющие важную роль в реакциях распада.

Сильное взаимодействие наиболее симметрично, сохраняя и другие величины, в частности, изоспин. Оно ответственно за удержание нуклонов в ядре посредством ионного обмена. Испуская и поглощая заряженные пи-мезоны, протон и нейтрон испытывают взаимные превращения, а при обмене нейтральной частицей каждый из нуклонов остается самим собой. Как это может быть представлено на уровне кварков, демонстрирует рисунок, приведенный ниже.

Вам будет интересно: Что такое подчеревок и как правильно его приготовить

Сильное взаимодействие также управляет рассеянием мезонов на нуклонах, рождением их в адронных столкновениях и другими процессами.

Что такое кварконий

Частицы, образуемые легкими компонентами – uū, dd̄ или ss̄ – являют собой суперпозицию (наложение) ароматов, поскольку массы этих кварков близки по значению. Так, нейтральный π0-мезон – суперпозиция состояний uū и dd̄, обладающих одинаковым набором квантовых чисел.

Нестабильность мезонов

Комбинация частицы и античастицы приводит к тому, что жизнь любого мезона оканчивается их аннигиляцией. Время жизни зависит от того, какое взаимодействие управляет распадом.

Большинство мезонов – это так называемые адронные резонансы, короткоживущие (10-22 – 10-24 c) явления, возникающие в определенных диапазонах высоких энергий, аналогичные возбужденным состояниям атома. Они не регистрируются на детекторах, а вычисляются исходя из энергетического баланса реакции.

Спин, орбитальный момент и четность

В отличие от барионов, мезоны – это элементарные частицы, обладающие целочисленным значением спинового числа (0 или 1), то есть они представляют собой бозоны. Кварки же являются фермионами и имеют полуцелый спин ½. Если моменты импульса кварка и антикварка параллельны, то их сумма – спин мезона – равна 1, если антипараллельны, он будет равняться нулю.

Благодаря взаимному обращению пары компонентов мезон имеет также орбитальное квантовое число, которое вносит вклад в его массу. Орбитальный момент и спин определяют полный угловой момент частицы, связанный с понятием пространственной, или P-четности (определенной симметрии волновой функции относительно зеркальной инверсии). В соответствии с комбинацией спина S и внутренней (связанной с собственной системой отсчета частицы) P-четности различают следующие типы мезонов:

Последние три типа – это мезоны весьма массивные, представляющие собой высокоэнергетические состояния.

Изотопическая и унитарная симметрии

Для классификации мезонов удобно использовать специальное квантовое число – изотопический спин. В сильных процессах частицы с одинаковым значением изоспина участвуют симметрично, независимо от их электрического заряда, и могут быть представлены как различные зарядовые состояния (проекции изоспина) одного объекта. Совокупность таких частиц, очень близких по массе, называется изомультиплетом. Например, изотриплет пионов включает три состояния: π+, π0 и π—мезон.

Электрический заряд адронов (и мезонов в том числе) Q связан с проекцией изоспина Iz и так называемым гиперзарядом Y (суммой барионного числа и всех флейворных чисел). Эта связь выражается формулой Нисидзимы–Гелл-Манна: Q = Iz + Y/2. Ясно, что все члены одного мультиплета имеют одинаковый гиперзаряд. Барионное число мезонов равно нулю.

Затем мезоны группируются с дополнительным учетом спина и четности в супермультиплеты. Восемь псевдоскалярных мезонов образуют октет, векторные частицы – нонет (девятку) и так далее. Это проявление симметрии более высокого уровня, называемой унитарной.

Мезоны и поиск Новой физики

В настоящее время физики ведут активный поиск явлений, описание которых привело бы к расширению Стандартной модели и к выходу за ее пределы с построением более глубокой и общей теории микромира – Новой физики. Предполагается, что Стандартная модель войдет в нее в качестве предельного, низкоэнергетического случая. В этом поиске исследование мезонов играет важную роль.

Особенно большой интерес представляют экзотические мезоны – частицы, имеющие структуру, не укладывающуюся в рамки обычной модели. Так, на Большом адронном коллайдере в 2014 году подтвержден тетракварк Z(4430) – связанное состояние двух кварк-антикварковых пар ud̄cc̄, промежуточный продукт распада прелестного B-мезона. Эти распады интересны и в плане возможного обнаружения гипотетического нового класса частиц – лептокварков.

Модели предсказывают и другие экзотические состояния, которые должны классифицироваться как мезоны, поскольку участвуют в сильных процессах, но имеют при этом нулевое барионное число – например, глюболы, образуемые только глюонами без кварков. Все подобные объекты могут существенно пополнить наши знания о природе фундаментальных взаимодействий и способствовать дальнейшему развитию физики микромира.

Источник

Разница между Мюонами и Мезонами

Основное различие между Мюонами и Мезонами состоит в том, что Мюоны представляют собой тип элементарных частиц, которые не имеют субструктуры, тогда как Мезоны представляют собой тип адронных субатомных частиц, которые имеют пару кварковых и антикварковых частиц.

Мюоны и Мезоны — это два типа частиц в веществе. Мюоны представляют собой тип элементарных частиц, таких как электроны, и их невозможно далее разделить на более мелкие структуры (например, кварки). Но Мезоны несколько крупнее Мюонов и содержат кварковые и антикварковые частицы, таким образом, они подпадают под другую категорию, называемую адронными субатомными частицами. Термин адронное среднее означает, что имеется содержание двух или более кварковых частиц, а субатомные частицы представляют собой меньшие структуры, чем те, из которых состоит структура атома.

Содержание

Что такое Мюоны?

Мюоны имеют две формы: отрицательно заряженная частица и положительно заряженная античастица. Античастица имеет одинаковый спин и массу, но противоположный заряд. Кроме того, эти частицы нестабильны, а среднее время жизни составляет около 2,2 с. Однако это намного более длительный срок жизни по сравнению с другими субатомными частицами.

Что такое Мезоны?

Мезоны — это адронные субатомные частицы, которые имеют пару кварковых и антикварковых частиц. Эти две частицы связываются друг с другом через сильные взаимодействия. По размерам эти частицы несколько больше из-за наличия пары субструктур (кварков). Его размер в 1,2 раза больше протона.

Все мезоны являются нестабильными частицами. Их время жизни очень короткое, около нескольких сотых долей микросекунды. Кроме того, заряженная частица мезона подвергается распаду, образуя электроны и нейтрино. Незаряженные мезоны, это, распадающиеся фотоны. Спин мезона равен 1.

В чем разница между Мюонами и Мезонами?

Мюоны — это элементарные частицы, которые не имеют субструктуры, в то время как мезоны — это адронные субатомные частицы, которые имеют пару кварковых и антикварковых частиц. Итак, ключевое различие между мюонами и мезонами заключается в том, что мюоны представляют собой тип элементарных частиц, которые не имеют субструктуры, тогда как мезоны представляют собой тип адронных субатомных частиц, которые имеют пару кварковых и антикварковых частиц.

Более того, еще одно различие между мюонами и мезонами состоит в том, что размер мюона очень мал, аналогичен электрону, тогда как мезон большой и примерно в 1,2 раза больше протона. Кроме того, мюон имеет полуцелый спин, тогда как спин мезона равен 0 или 1.

Основная информация — Мюоны против Мезонов

Мюоны — это элементарные частицы, которые не имеют субструктуры, а мезоны — это адронные субатомные частицы, которые имеют пару кварковых и антикварковых частиц. Ключевое различие между мюонами и мезонами заключается в том, что мюоны представляют собой тип элементарных частиц, которые не имеют субструктуры, тогда как мезоны представляют собой тип адронных субатомных частиц, которые имеют пару кварковых и антикварковых частиц.

Источник

Классификация адронов

Вводные слова

Адронами называют частицы, участвующие в сильном взаимодействии. Все адроны — составные частицы, они состоят из кварков или антикварков. Мезоны — это адроны, состоящие из кварк-антикварковой пары, барионы — это адроны, состоящие из трех кварков (соответственно, антибарионы состоят их трех антикварков).

И уже в этом определении, таком простом и коротком, скрыто несколько тонкостей, про которые можно говорить очень долго. Мы пускаться в эти разговоры не будем, а упомянем только три самых важных момента.

Составные кипричики

Обычно, когда говорят, что какой-то предмет состоит из частей, то предполагают, что эти части можно, по крайней мере в принципе, отделить друг от друга и предъявить каждую из них по отдельности. Для кварков это предположение не работает. Да, это не очень интуитивное свойство, его трудно совместить с повседневным опытом, но дела в кварковом мире обстоят именно так.

Физики видят в многочисленных экспериментах, что протоны, нейтроны и другие адроны действительно состоят из отдельных «комочков материи», которые, хоть и движутся друг относительно друга, но навеки скреплены глюонными силами. Разделить протон на отдельные кварки, отделить один кварк от других не получится. Как только вы попытаетесь это сделать, приложите достаточную силу для вытягивания одного кварка из протона, так сразу же глюонное поле породит новую кварк-антикварковую пару. Вместо вытягивания кварка вы извлечете из протона мезон, а протон так и останется протоном (рис. 1). Этот процесс называется адронизация — «превращение в адроны».

Рис. 1. Поэтапная иллюстрация процесса адронизации. Рис. с сайта www.nature.com

Такое поведение кварков называют конфайнментом — «пленением» кварков внутри адронов. Получается так вовсе не из-за самих кварков, а из-за сил, которые между ними действуют. Связывающее их силовое поле не просто сильное, оно очень особенное, непохожее на электромагнитные силы. Это силовое поле способно чувствовать само себя, способно взаимодействовать с собой и от этого усиливаться. В результате получается, что если этому силовому полю предоставить всё пространство, то его энергия будет неограниченно возрастать. Это очень невыгодно с точки зрения энергии; гораздо выгоднее для этого поля будет породить много кварк-антикварковых пар, которые замкнут на себя это поле. И вот тогда оно будет спрятано в отдельных кварковых или антикварковых комбинациях, а на всё пространство распространяться не будет.

На жаргоне физиков то свойство, которое позволяет кваркам чувствовать глюонное поле, называется цвет (он, конечно, не имеет никакого отношение к оптическим цветам, это просто приятное название для новой величины). Цветов у кварков три, и еще три противоположных цвета у антикварков. А адронами являются не произвольные, а именно такие комбинации, в которых все цвета «сокращаются», или, как говорят физики, бесцветные комбинации (то есть три кварка с тремя разными цветами или кварк и антикварк с противоположным цветом).

Конечно, это всё — очень упрощенное описание; реальное положение дел гораздо сложнее. Более того, явление конфайнмента до сих пор не понято на достаточном уровне математической строгости. Математический институт Клэя даже назначил премию в миллион долларов за решение этой задачи. Однако на описательном уровне явление конфайнмента считается установленным.

Наивная кварковая модель

Описанная выше схема, по которой кварки группируются по двое и по трое и становятся бесцветными адронами, называется наивной кварковой моделью. Эта модель не объясняет, почему все адроны объединяются только по двое и по трое. Можно построить и другие бесцветные комбинации кварков и антикварков, создать многокварковые адроны, но они почему-то на опыте не встречаются.

А точнее, они не встречались до недавнего момента. Начиная с середины 2000-х годов стали появляться надежные экспериментальные данные, что некоторые адроны не вписываются в простую схему наивной кварковой модели. Такие адроны называются экзотическими. Правда, количество известных на сегодня экзотических адронов очень невелико, всего несколько штук против нескольких сотен обычных адронов — и причем все они мезоны; подтвержденных данных по пентакваркам и другим экзотическим барионам пока нет.

Получается, что природа всё же выходит за рамки простейшей схемы, но очень уж неохотно. Почему так происходит и что вообще представляют из себя экзотические адроны, пока что остается предметом активных исследований.

Состав — понятие относительное!

Даже в слове «состоит» скрыто немало тонкостей. Дело в том, что утверждение «протон состоит из трех кварков» хорошо работает только для неподвижного или медленно движущегося протона. Если же протон летит со скоростью, близкой к скорости света, то его состав кардинально меняется: в нем словно «нарождаются» многочисленные кварки, антикварки и глюоны (они совокупно называются партоны), которые летят вперед одним компактным облаком и, собственно, представляют собой протон. В столкновении таких быстролетящих протонов реально сталкивается не вся толпа этих отдельных частиц, а лишь по одному партону (изредка — больше); см. рис. 2.

Рис. 2. Протон, движущийся с околосветовой скоростью, представляет из себя облако партонов: кварков, антикварков и глюонов. Когда происходит столкновение двух таких протонов, реально сталкивается лишь пара партонов. Изображение с сайта kjende.web.cern.ch

Получается, что состав протона — вещь не абсолютная, а зависит от системы отсчета, то есть от того, как мы на протон посмотрим. Это явление квантового мира тоже может показаться противоречащим повседневной интуиции, но что ж поделать, именно так и получается в квантовом мире. Подробнее об этом свойстве читайте в статье Многоликий протон и в заметке Как выглядит ультрарелятивистский протон.

Кварки и их свойства

Сейчас известно шесть сортов (на физическом жаргоне — ароматов) кварков. Они обозначаются буквами u, d, s, c, b, t и попарно объединяются в три поколения кварков (рис. 3). Из них только первые пять участвуют в образовании адронов. Топ-кварк t настолько тяжел, что распадается исключительно быстро и попросту не успевает образовать адроны. Известно также, что других кварков не существует; по крайней мере, не существует других легких кварков, которые могли бы образовывать настоящие адроны.

Рис. 3. Шесть кварков и их свойства. Изображение с сайта en.wikipedia.org

Классификация адронов

Общепринятые обозначения

Адроны могут содержать любые комбинации этих пяти кварков, которые, к тому же, могут еще и по-разному двигаться друг вокруг друга наподобие того, как электроны могут по-разному двигаться вокруг ядра. Поэтому даже из небольшого числа кварков можно, в принципе, составить неограниченное количество адронов. Конечно, как открыть их эксприментально — это отдельный вопрос.

Мезоны и барионы с разным кварковым составом обозначаются разными прописными буквами; при этом мезоны обычно обозначаются латинскими буквами (K-мезоны, D-мезоны, B-мезоны), а барионы — греческими (Λ, Σ, Ξ, Ω). Исключение составляют исторически сложившиеся названия: π-мезоны, ρ-мезоны, p, n и т. п. Внутри одного семейства частицы обозначаются одинаковой буквой, но к ней либо приписываются индексы, либо в скобках добавляется масса. Например, «обычный» B-мезон c кварковым составом (d-анти-b) так и обозначается: B, но мезон с составом s-анти-b обозначается B_s и называется странным прелестным мезоном. Обычный Λ-барион с кварковым составом uds обозначается просто Λ, а возбужденное состояние тех же кварков с общей массой 1519,5 МэВ обозначается Λ(1520).

Особый класс составляют мезоны с кварком и антикварком одинакового аромата, в особенности c-анти-c и b-анти-b. Такие состояния называются кваркониями (и конкретно — «чармонием» в случае c-анти-c и «боттомонием» в случае b-анти-b), по аналогии с позитронием, который состоит из электрона и его античастицы, позитрона. В семействе кваркониев есть много состояний со слегка отличающимися массами, которые могут переходить друг в друга с излучением фотонов, по аналогии с переходами электронов между уровнями энергии в возбужденных атомах.

Диаграммы

Свойства кварков позволяют удобно распределять семейства адронов в узлах тетраэдральной решетки. На рис. 4 даны схемы этих решеток для барионов со спином 1/2 или 3/2, составленных их первых четырех кварков. Каждое пространственное направление здесь отвечает какому-то аромату кварков: двигаясь слева направо, вы добавляете u-кварки, двигаясь от заднего фона рисунка к переднему — странные кварки, двигаясь вверх — очарованные кварки. По такому же принципу можно добавлять и прелестные кварки, но только тетраэдр при этом получится уже четырехмерный.

Рис. 4. Схема барионов со спином 1/2 (слева) или 3/2 (справа), составленных их первых четырех кварков. Quark model (PDF, 828 Кб)

Аналогичная диаграмма для мезонов, состоящих из первых четырех кварков, приведена на рис. 5.

Рис. 5. Схема мезонов со спином 0 (слева) и 1 (справа), составленных из первых четырех кварков. Изображение из обзора Quark model (PDF, 828 Кб)

На сайте things made thinkable та же тетраэдральная структура, уже с учетом прелестного кварка, приведена в виде плоских интерактивных схем (рис. 6): схема мезонов и схема барионов. При наведении мышкой на разные свойства адронов схема заполняется соответствующими числами, как на уровне самих адронов, так и для отдельных кварков.

Рис. 6. Фрагмент интерактивной схемы адронов с участием всех пяти кварков с сайта Things made thinkable

Что касается кваркониев, то их кварковая структура понятна, но зато состояний тут может быть очень много, и интерес представляет то, как эти состояния расположены относительно друг друга по массе. На рис. 7 приведены массовые спектры чармония и боттомония.

Источник

• ← чем добывается железо в майнкрафте
• что такое в физике преломление →