Quarkônio

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Em física de partículas, quakônio ( de quark + ônio, quarkônio) designa um méson sem sabor que é constituído de um quark e seu próprio antiquark. Exemplos de quarkônio são os J/ψ méson ( um exemplo de charmônio, cc) e o méson ϒ (bottomônio, bb). Por causa da grande amssa do quark top do antiquark top, o topônio não existe, desde que esse par quark-antiquark decai através da interação fraca antes mesmo que a interação forte se manifeste criando esse méson.

Usualmente o quarkônio refere-se apenas ao charmônio e o bottomônio, e não a algum estado de ligação quark-antiquark de quarks leves. Isso ocorre porque o quarks leves:quark up, quark down e quark strange são muito menos massivos que os quarks pesados como o quark charm,quark bottom e o quark top, e portanto os estados físicos na verdade são vistos em experimentos são misturas de estados de quarks leves na mecânica quântica. A grande diferença de massas entre os quarks charme e inferior e os quarks leves resultam em estados bem definidos em termos de par quark-antiquark de um dado sabor.

Estados de charmônio[editar | editar código-fonte]

Na tabela a seguir, a mesma partícula pode ser nomeada com a notação espectroscópica ou com a sua massa. Em muitos casos série de excitação são usadas: Ψ' é para a primeira excitação de Ψ (por razões históricas, essa partícula é chamada de partícula J/ψ); Ψ" é o segundo estado de excitação. Nomes na mesma são sinônimos.

Alguns do estados são previstos, mas não foram observados; outros não são confirmados. Os números quânticos da partícula X(3872) foi medida recentemente pelo experimento LHCb no CERN[1] . Essa medida lançou luz sobre a sua identidade, excluindo a terceira opção em são:

  • Um candidato para o estado 11D2;
  • Um estado de charmônio híbrido;
  • Uma molécula D^0\bar D^{*0}.

Em 2005, o experimento BaBar anunciou a descoberta de um novo estado: Y(4260). [2] [3] CLEO e Belle têm colaborado com essas observações. No começo, Y(4260) foi pensado par ser um estado de charmônio, mas as evidências sugerem que mais explicações exóticas, como a molécula D, uma construção de 4-quark, ou um méson híbrido.

Símbolo n2S + 1LJ IG(JPC) Partícula Massa (MeV/c2) [1]
11S0 0+(0−+) ηc(1S) ±
13S1 0(1−−) J/ψ(1S) ±
11P1 0(1+−) hc(1P) ±
13P0 0+(0++) χc0(1P) ±
13P1 0+(1++) χc1(1P) ±
13P2 0+(2++) χc2(1P) ±
21S0 0+(0−+) ηc(2S), or η′c ±
23S1 0(1−−) ψ(3686) ±
11D2 0+(2−+) ηc2(1D)
13D1 0(1−−) ψ(3770) ±
13D2 0(2−−) ψ2(1D)
13D3 0(3−−) ψ3(1D)
21P1 0(1+−) hc(2P)
23P0 0+(0++) χc0(2P)
23P1 0+(1++) χc1(2P)
23P2 0+(2++) χc2(2P)
 ???? 1++ X(3872) ±
 ????  ??(1−−) Y(4260) +

Notes:

* Precisa de confirmação.
Predito mas não identificado ainda.
Interpretado como um estado de charmônio 1−− insípido.

Estados de bottomônio[editar | editar código-fonte]

Na tabela a seguir, a mesma partícula pode ser nomeada com a notação espectroscópica ou com a sua massa.

Muitas desses estados são previstos, mas não foram identificado; outros não são confirmados.

Símbolo n2S+1LJ IG(JPC) Partícula Massa (MeV/c2)[2]
11S0 0+(0−+) ηb(1S) ±
13S1 0(1−−) Υ(1S) ±
11P1 0(1+−) hb(1P)
13P0 0+(0++) χb0(1P) ±
13P1 0+(1++) χb1(1P) ±
13P2 0+(2++) χb2(1P) ±
21S0 0+(0−+) ηb(2S)
23S1 0(1−−) Υ(2S) ±
11D2 0+(2−+) ηb2(1D)
13D1 0(1−−) Υ(1D)
13D2 0(2−−) Υ2(1D) ±
13D3 0(3−−) Υ3(1D)
21P1 0(1+−) hb(2P)
23P0 0+(0++) χb0(2P) ±
23P1 0+(1++) χb1(2P) ±
23P2 0+(2++) χb2(2P) ±
33S1 0(1−−) Υ(3S) ±
33PJ 0+(J++) χb(3P) ± (stat.) ± 9 (syst.)[4]
43S1 0(1−−) Υ(4S) or Υ(10580) ±
53S1 0(1−−) Υ(10860) ±
63S1 0(1−−) Υ(11020) ±

Notas:

* Resultados preliminares.necessita de confirmação.

O estado χb (3P) foi o primeiro estado de partícula descoberto no Large Hadron Collider. O artigo sobre essa descoberta foi submetido no arXiv em 21 de dezembro de 2011.[4] [5] Em abril de 2012, experimentos DØ no Tevatron confirmaram o resultado em um artigo publicado em Phys. Rev. D.[6] [7]

QCD e quarkônio[editar | editar código-fonte]

A computação das propriedades dos mésons na cromodinâmica quântica (QCD) é totalmente não pertubativa. Como resultado, o único método geral disponível é uma computação direta usando técnicas do retículo QCD (LQCD). Contudo, outras técnicas são efetivas para quarkônios pesados.

Os mésons de quarks leves movem-se em velocidades relativísticas, já que a massa do estado de ligação é muito maior que a massa do quark. Contudo, a velocidade dos quarks charm e bottom em seus respectivos quarkônios é suficiente pequena, então efeitos relativísticos afetam essem estados, porém menos. A velocidade estimada é de 0.3 vezes a velocidade da luz para o charmônio e 0.1 vezes a velocidade da luz para o bottomônio. A computação pode ser aproximada por uma expansão em poderes de v/c e v2/c2. Essa técnica é chamada QCD não relativística (NRQCD).

NRQCD também tem sido quantizada como a teoria de retículo gauge, que providencia outra técnica para cálculos de LQCD para se usar. Boas aceitações da massa do bottomônio, e isso provê um dos melhores testes não perturbativos do LQCD. Para as medidas de massa do charmônio a aceitação não é muito boa, mas a comunidade LQCD está ativamento trabalhando em desenvolver as suas técnicas. O trabalho também tem sido feito em cálculos de propriedades de quarkônio e estados de transição entre estados.


Referências

  1. (February 2013) "Determination of the X(3872) meson quantum numbers". Physical Review Letters 1302 (22): 6269. DOI:10.1103/PhysRevLett.110.222001. Bibcode2013arXiv1302.6269L.
  2. A new particle discovered by BaBar experiment Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (6 July 2005). Página visitada em 2010-03-06.
  3. B. Aubert et al. (BaBar Collaboration). (2005). "Observation of a broad structure in the π+πJ/ψ mass spectrum around  GeV/c2". Physical Review Letters 95 (14): 142001. DOI:10.1103/PhysRevLett.95.142001. Bibcode2005PhRvL..95n2001A.
  4. a b ATLAS Collaboration (2012). "Observation of a new χb state in radiative transitions to ϒ(1S) and ϒ(2S) at ATLAS". arΧiv:1112.5154v4arΧiv:1112.5154v4 [hep-ex]. 
  5. Jonathan Amos. "LHC reports discovery of its first new particle", BBC, 2011-12-22.
  6. Tevatron experiment confirms LHC discovery of Chi-b (P3) particle
  7. Observation of a narrow mass state decaying into Υ(1S) + γ in pp collisions at 1.96 TeV

Ver também[editar | editar código-fonte]