Quarkônio
Em física de partículas, quarkônio (português brasileiro) ou quarcónio (português europeu) (de quark + ônio) 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,
c
c
) e o méson
ϒ
(bottomônio,
b
b
). Por causa da grande massa 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]
Ver artigo principal: J/ψ mesonNa 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 .
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][ligação inativa] |
|---|---|---|---|
| 11S0 | 0+(0−+) | ηc(1S) | 2980.3±1.2 |
| 13S1 | 0−(1−−) | J/ψ(1S) | 3096.916±0.011 |
| 11P1 | 0−(1+−) | hc(1P) | 3525.93±0.27 |
| 13P0 | 0+(0++) | χc0(1P) | 3414.75±0.31 |
| 13P1 | 0+(1++) | χc1(1P) | 3510.66±0.07 |
| 13P2 | 0+(2++) | χc2(1P) | 3556.20±0.09 |
| 21S0 | 0+(0−+) | ηc(2S), or η′ c |
3637±4 |
| 23S1 | 0−(1−−) | ψ(3686) | 3686.09±0.04 |
| 11D2 | 0+(2−+) | ηc2(1D)† | |
| 13D1 | 0−(1−−) | ψ(3770) | 3772.92±0.35 |
| 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) | 3872.2±0.8 |
| ???? | ??(1−−) | Y(4260) | 4263+8 −9 |
Notes:
- * Precisa de confirmação.
- † Predito mas não identificado ainda.
- † Interpretado como um estado de charmônio 1−− insípido.
Estados de bottomônio[editar | editar código-fonte]
Ver artigo principal: Méson upsilonNa 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][ligação inativa] |
|---|---|---|---|
| 11S0 | 0+(0−+) | ηb(1S) | 9390.9±2.8 |
| 13S1 | 0−(1−−) | Υ(1S) | 9460.30±0.26 |
| 11P1 | 0−(1+−) | hb(1P) | |
| 13P0 | 0+(0++) | χb0(1P) | 9859.44±0.52 |
| 13P1 | 0+(1++) | χb1(1P) | 9892.76±0.40 |
| 13P2 | 0+(2++) | χb2(1P) | 9912.21±0.40 |
| 21S0 | 0+(0−+) | ηb(2S) | |
| 23S1 | 0−(1−−) | Υ(2S) | 10023.26±0.31 |
| 11D2 | 0+(2−+) | ηb2(1D) | |
| 13D1 | 0−(1−−) | Υ(1D) | |
| 13D2 | 0−(2−−) | Υ2(1D) | 10161.1±1.7 |
| 13D3 | 0−(3−−) | Υ3(1D) | |
| 21P1 | 0−(1+−) | hb(2P) | |
| 23P0 | 0+(0++) | χb0(2P) | 10232.5±0.6 |
| 23P1 | 0+(1++) | χb1(2P) | 10255.46±0.55 |
| 23P2 | 0+(2++) | χb2(2P) | 10268.65±0.55 |
| 33S1 | 0−(1−−) | Υ(3S) | 10355.2±0.5 |
| 33PJ | 0+(J++) | χb(3P) | 10530±5 (stat.) ± 9 (syst.)[4] |
| 43S1 | 0−(1−−) | Υ(4S) or Υ(10580) | 10579.4±1.2 |
| 53S1 | 0−(1−−) | Υ(10860) | 10865±8 |
| 63S1 | 0−(1−−) | Υ(11020) | 11019±8 |
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
- ↑
LHCb collaboration; Aaij, R.; Abellan Beteta, C.; Adeva, B.; Adinolfi, M.; Adrover, C.; Affolder, A.; Ajaltouni, Z.; et al. (fevereiro de 2013). «Determination of the X(3872) meson quantum numbers». Physical Review Letters. 1302 (22). 6269 páginas. Bibcode:2013arXiv1302.6269L. arXiv:1302.6269
. doi:10.1103/PhysRevLett.110.222001
- ↑ «A new particle discovered by BaBar experiment». Istituto Nazionale di Fisica Nucleare. 6 de julho de 2005. Consultado em 6 de março de 2010
- ↑
B. Aubert et al. (BaBar Collaboration) (2005). «Observation of a broad structure in the π+π−J/ψ mass spectrum around 4.26 GeV/c2». Physical Review Letters. 95 (14). 142001 páginas. Bibcode:2005PhRvL..95n2001A. arXiv:hep-ex/0506081. doi:10.1103/PhysRevLett.95.142001
- ↑ a b
ATLAS Collaboration (2012). «Observation of a new
χ
b state in radiative transitions to
ϒ
(1S) and
ϒ
(2S) at ATLAS». arXiv:1112.5154v4 [hep-ex]
- ↑ Jonathan Amos (22 de dezembro de 2011). «LHC reports discovery of its first new particle». BBC
- ↑ Tevatron experiment confirms LHC discovery of Chi-b (P3) particle
- ↑ Observation of a narrow mass state decaying into Υ(1S) + γ in pp collisions at 1.96 TeV
