Кварко́ний — вид мезона , состоящий из кварка и антикварка одного и того же аромата . Примерами таких частиц являются J/ψ -мезон ( c c , состояние чармония см. ниже ) и ϒ -мезон ( b b , состояние боттомония см. ниже ). Реальное связанное состояние t-кварка и антикварка — 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 t ). Обычно термин «кварконий» употребляется только применительно к тяжёлым ароматам, то есть мезонам, образованным тяжелыми 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: Ψ′ — первое возбуждение Ψ (исторически это состояние называется J/ψ), 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 1 ¹ D ₂ ;
• гибридное состояние чармония;
• молекула ${\displaystyle D^{0}{\bar {D}}^{*0}.}$

В 2005 году в эксперименте BaBar объявили об открытии нового состояния Y(4260) . Эксперименты 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.

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.

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 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 v/c . Этот метод получил название (non-relativistic QCD — NRQCD).

Нерелятивистская КХД также квантуется как , 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:

${\displaystyle V(r)={\frac {a}{r}}+br,}$

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

• J/ψ -мезон
• ϒ -мезон
• Квантовая хромодинамика
• Позитроний

Примечания

Литература

• Э. Д. Блум, Г. Дж. Фелдман, от 13 сентября 2013 на Wayback Machine , УФН , том 139, стр. 529—551, март 1983. DOI: 10.3367/UFNr.0139.198303f.0529
• Г. В. Пахлова, П. Н. Пахлов, С. И. Эйдельман, от 30 марта 2013 на Wayback Machine , УФН , том 180, стр. 225—248, март 2010. DOI: 10.3367/UFNr.0180.201003a.0225.