Φ-Meson

Phi-Meson (φ)
Klassifikation
Boson; Hadron; Meson
Eigenschaften
elektrische Ladung	neutral;
Ruheenergie	(1019,461 ± 0,016) MeV;
SpinParität	1−
Isospin	0
mittlere Lebensdauer	(1.55 ± 0,01)e-22 s;
Zerfallsbreite	(4,249 ± 0,013) MeV
Valenzquarks	ss (näherungsweise)

Das $φ$ -Meson, auch Phi-Meson, ist ein Meson, das aus einem Strange-Quark $s$ und dem entsprechenden Anti-Quark $\bar{s}$ besteht und Spin 1 besitzt (Vektormeson).

Da das $φ$ -Meson u. a. ein Strange-Quark enthält, gehört es zu den seltsamen Teilchen. Da es aus einem Quark und seinem Antiquark besteht, handelt es sich darüber hinaus um ein Quarkonium.

Symbol

Für den griechischen Kleinbuchstaben Phi gibt es zwei Schreibvarianten: $ϕ$ und $φ$ . Für das $ϕ$ -Meson ist die Variante mit durchgehendem vertikalen Strich () üblich. (Falls in diesem Artikel die andere Variante erscheint, hat das mit dem verwendeten Browser zu tun.)

Beschreibung

Im Quarkmodell sind das $φ$ - und das ω-Meson Mischungen der drei Quark-Antiquark-Zustände uu, dd und ss der Up-, Down- und Strange-Quarks. Beide Mischungen haben jeweils eine Hyperladung $Y = 0$ sowie einen Isospin $I = 0$ und stehen im Multiplett der Vektormesonen an der gleichen Stelle wie das neutrale ρ-Meson $ρ^{0}$ .

Die drei zueinander orthogonalen Linearkombinationen der o. g. Quark-Antiquark-Zustände werden dabei wie folgt identifiziert:

(u \bar{u} - d \bar{d}) / \sqrt{2}

mit dem

ρ^{0}

-Meson

(u \bar{u} + d \bar{d} - 2 s \bar{s}) / \sqrt{6}

mit

ω_{8}

, einem Zustand des ω-Mesons im SU(3)-Oktett

(u \bar{u} + d \bar{d} + s \bar{s}) / \sqrt{3}

mit

ω_{1}

, einem Zustand des ω-Mesons im SU(3)-Singulett.

Die physikalischen (Massen-)Zustände $φ$ und ω ergeben sich wiederum als Linearkombinationen von $ω_{8}$ und $ω_{1}$ :

(\begin{matrix} \cos θ_{V} & - \sin θ_{V} \\ \sin θ_{V} & \cos θ_{V} \end{matrix}) (\begin{matrix} ω_{8} \\ ω_{1} \end{matrix}) = (\begin{matrix} φ \\ ω \end{matrix}) .

Der so eingeführte Mischungswinkel $θ_{V}$ hat einen experimentellen Wert, der mit etwa 39° fast dem idealen Mischungswinkel von ≈35,3° ( $\tan θ_{V} = 1 / \sqrt{2}$ ) entspricht. Das $φ$ -Meson besteht also fast ausschließlich aus einem Strange-Antistrange-Quarkpaar, und die Flavour-Wellenfunktion kann geschrieben werden als

| φ ⟩ \approx | s \bar{s} ⟩

.

Das $φ$ -Meson wurde zuerst im Jahre 1963 am Lawrence Radiation Laboratory in Kaon-Proton-Reaktionen nachgewiesen.

Zerfallskanäle

$φ$ -Mesonen zerfallen unter der starken Wechselwirkung. Der Zerfall erfolgt überwiegend in zwei Kaonen, entweder die geladenen Κ⁺ / Κ⁻ (48,9 %) oder die neutralen Κ⁰_L / Κ⁰_S (34,2 %), und zu einem geringeren Teil entweder in ein ρ-Meson und ein Pion oder in drei Pionen (15,4 %). Letztere beide Zerfallskanäle in Mesonen ohne Strangeness sollten auf Grund ihres höheren Q-Wertes eigentlich dominant sein, werden aber durch die OZI-Regel unterdrückt.

Besonderheiten

Auf Grund der Mischungseffekte der pseudoskalaren η-Mesonen ist das $φ$ -Meson das leichteste Meson, das aus einem Strange-Antistrange-Quarkpaar besteht.

Siehe auch

Liste der Mesonen

Weiterführende Literatur

Xin-Li Sheng, Lucia Oliva, Zuo-Tang Liang, Qun Wang, Xin-Nian Wang: Spin Alignment of Vector Mesons in Heavy-Ion Collisions. In: APS Journals: Physical Review Letters, Band 131, Nr. 042304, 25. Juli 2023; doi:10.1103/PhysRevLett.131.042304 (englisch). Dazu:
- Allison Parshall: ‘Unbelievable’ Spinning Particles Probe Nature’s Most Mysterious Force. In: Scientific American vom 2. Februar 2023 (englisch).
- Allison Parshall: Phi-Meson: Starke Wechselwirkung wirbelt die Theorie durcheinander. Auf: spektrum.de vom 19. Februar 2023.

Einzelnachweise

1 2 Die Angaben über die Teilcheneigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, entnommen aus: S. Navas et al. (Particle Data Group): Review of Particle Physics. In: Phys. Rev. D 110, 030001 (2024), doi:10.1103/PhysRevD.110.030001
1 2 3 S. Navas et al. (2024): Particle listings – $φ$ (PDF; 217 kB)
↑ Reviews - Quark Model (PDF; 644 kB) aus 2010 Review of Particle Physics, K. Nakamura et al. (Particle Data Group), J. Phys. G 37, 075021 (2010)
↑ P. Schlein, W. E. Slater, L. T. Smith, D. H. Stork, H. K. Ticho: Quantum Numbers of a 1020-MeV KK̅ Resonance. In: Physical Review Letters. Nr. 10, 1963, S. 368–371, doi:10.1103/PhysRevLett.10.368.

[PDG-1] 1 2 Die Angaben über die Teilcheneigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, entnommen aus: S. Navas et al. (Particle Data Group): Review of Particle Physics. In: Phys. Rev. D 110, 030001 (2024), doi:10.1103/PhysRevD.110.030001

[PDGphi-2] 1 2 3 S. Navas et al. (2024): Particle listings – $φ$ (PDF; 217 kB)

[3] Reviews - Quark Model (PDF; 644 kB) aus 2010 Review of Particle Physics, K. Nakamura et al. (Particle Data Group), J. Phys. G 37, 075021 (2010)

[4] P. Schlein, W. E. Slater, L. T. Smith, D. H. Stork, H. K. Ticho: Quantum Numbers of a 1020-MeV KK̅ Resonance. In: Physical Review Letters. Nr. 10, 1963, S. 368–371, doi:10.1103/PhysRevLett.10.368.

Phi-Meson ( $φ$ )
Klassifikation
Boson Hadron Meson
Eigenschaften
elektrische Ladung	neutral
Ruheenergie	(1019,461 ± 0,016) MeV
Spin^Parität	1⁻
Isospin	0
mittlere Lebensdauer	(1.55 ± 0,01)e^-22 s
Zerfallsbreite	(4,249 ± 0,013) MeV
Valenzquarks	ss (näherungsweise)