Meson

Mesoner, från grekiskans μεσος, mesos, "halv", är subatomära partiklar som är uppbyggda av en kvark och en antikvark.

De tillhör gruppen hadroner - partiklar uppbyggda av kvarkar. Bland hadronerna skiljer man mellan mesoner och baryoner. Den främsta skillnaden är att medan mesoner är uppbyggda av en kvark och en antikvark, så är baryonerna uppbyggda av tre kvarkar (eller tre antikvarkar). Detta gör också att mesoner har heltaligt spinn, medan baryoner har halvtaligt. Det heltaliga spinnet gör att mesonerna är bosoner, så att Pauliprincipen inte gäller dem. Därför kan de i vissa sammanhang fungera som kraftpartiklar inom atomkärnan.

Eftersom mesonerna är uppbyggda av kvarkar påverkas de av både svag växelverkan och stark växelverkan. Mesoner med elektrisk nettoladdning påverkas också av elektromagnetisk växelverkan. I princip påverkas de även av gravitation, men detta är försumbart i praktiken.

Mesoner klassificeras på grundval av sitt kvarkinnehåll, sitt totala spinn, sin paritet, och flera andra kvantegenskaper som särtal och C-paritet. Samtliga mesoner är instabila, och sönderfaller inom en bråkdel av en sekund till stabila partiklar som till exempel elektroner eller fotoner. Många lever dock länge nog för att kunna studeras och hanteras i partikelacceleratorer eller kosmisk strålning.

Överlag väger mesoner mindre än baryoner, och är därför lättare att producera i partikelkollisioner. Till exempel upptäcktes charmkvarken först i en meson, J/ψ, år 1974, och bottenkvarken i mesonen ϒ år 1977. Motsvarande baryoner observerades inte förrän många år senare.

Varje meson har en motsvarande antimeson, där kvarken i mesonen är utbytt mot motsvarande antikvark, och antikvarken mot motsvarande kvark. En positiv pimeson (π⁺) består till exempel av en uppkvark och en antinerkvark. Dess antimeson (π⁻) består i stället av en antiuppkvark och en nerkvark.

Mesoner kan bildas genom att sätta ihop vilken som helst av de sex kända kvarkarna, med vilken som helst antikvark, med några undantag:

Den sjätte kvarken, toppkvarken, bildar inte mesoner, den sönderfaller snabbare än den hinner sättas ihop med något.
Kombinationer av två likadana eller lika laddade lätta kvarkar (u,d,s) blir extra komplicerat, eftersom kombinationerna blandar sig med varandra.

Lista över mesoner

Tabellerna nedan tar upp alla kända och förutsagda pseudoskalära mesoner (J^P = 0⁻) och vektormesoner (J^P = 1⁻).

Symbolerna i tabellerna är:: I (isospinn), J (spinn), P (paritet), C (C-paritet), G (G-paritet), u (uppkvark), d (nerkvark), s (särkvark), c (charmkvark), b (bottenkvark), Q (laddning), B (baryontal), S (särtal), C (charmtal), and B′ (bottental).

Ur varje par av meson och antimeson finns bara den ena med i tabellen. För att få motsvarande antimeson, byt kvarkarna till antikvarkar och vice versa, och byt tecken på Q, B, S, C, and B′ (men inte på alla andra egenskaper, som är samma för meson och antimeson). Partiklar med ^† vid sitt namn förutsägs existera enligt standardmodellen men har inte observerats. Värden i rött har inte fastställts i experiment, men är teoretiska förutsägelser som inte motsägs av experiment.

Pseudoskalära mesoner

Pseudoskalära mesoner
Partikelnamn	Partikel- symbol	Antipartikel- symbol	Kvark innehåll	Vilomassa (MeV/c²)	I^G	J^PC	S	C	B'	Medellivslängd (s)	Brukar sönderfalla till (>5% av sönderfall)
Pion	π⁺	π⁻	u d	0139.57018 139.57018±0.00035	1⁻	0⁻	0	0	0	-08.2 2.6033±0.0005×10⁻⁸	μ⁺ + ν_μ
Pion	π⁰	Self	$\mathrm {\tfrac {u{\bar {u}}-d{\bar {d}}}{\sqrt {2}}} \,$	0134.9766 134.9766±0.0006	1⁻	0⁻⁺	0	0	0	-17 8.4±0.6×10⁻¹⁷	γ + γ
Eta-meson	η	Self	$\mathrm {\tfrac {u{\bar {u}}+d{\bar {d}}-2s{\bar {s}}}{\sqrt {6}}} \,$	0547.853 547.853±0.024	0⁺	0⁻⁺	0	0	0	-19 5.0±0.3×10⁻¹⁹	γ + γ or π⁰ + π⁰ + π⁰ eller π⁺ + π⁰ + π⁻
Eta-prim-meson	η′(958)	Self	$\mathrm {\tfrac {u{\bar {u}}+d{\bar {d}}+s{\bar {s}}}{\sqrt {3}}} \,$	0957.78 957.78±0.06	0⁺	0⁻⁺	0	0	0	-21 3.2±0.2×10⁻²¹	π⁺ + π⁻ + η or (ρ⁰ + γ) / (π⁺ + π⁻ + γ) or π⁰ + π⁰ + η
Charm-eta-meson	η_c(1S)	Self	c c	2 980.5±1.2	0⁺	0⁻⁺	0	0	0	-23 2.4±0.3×10⁻²³	Se η_c decay modes
Botten-eta-meson	η_b(1S)	Self	b b	9 388.9±4	0⁺	0⁻⁺	0	0	0	Okänd	Se η_b decay modes
Kaon	K⁺	K⁻	u s	0493.677 493.677±0.016	¹⁄₂	0⁻	1	0	0	-08.3 1.2380±0.0021×10⁻⁸	μ⁺ + ν_μ or π⁺ + π⁰ or π⁰ + e⁺ + ν_e
Kaon	K⁰	K⁰	d s	0497.614 497.614±0.024	¹⁄₂	0⁻	1	0	0
K-kort	K0S	Self	$\mathrm {\tfrac {d{\bar {s}}-s{\bar {d}}}{\sqrt {2}}} \,$	0497.614 497.614±0.024	¹⁄₂	0⁻	(*)	0	0	-11 8.953±0.005×10⁻¹¹	π⁺ + π⁻ or π⁰ + π⁰
K-lång	K0L	Self	$\mathrm {\tfrac {d{\bar {s}}+s{\bar {d}}}{\sqrt {2}}} \,$	0497.614 497.614±0.024	¹⁄₂	0⁻	(*)	0	0	-08.1 5.116±0.020×10⁻⁸	π^± + e^∓ + ν_e or π^± + μ^∓ + ν_μ or π⁰ + π⁰ + π⁰ or π⁺ + π⁰ + π⁻
D meson	D⁺	D⁻	c d	1 869.62±0.20	¹⁄₂	0⁻	0	+1	0	-12.4 1.040±0.007×10⁻¹²	Se D⁺ decay modes
D meson	D⁰	D⁰	c u	1 864.84±0.17	¹⁄₂	0⁻	0	+1	0	-13.3 4.101±0.015×10⁻¹³	Se D⁰ decay modes
Ds meson	D+s	D−s	c s	1 968.49±0.34	0	0⁻	+1	+1	0	-13.1 5.00±0.07×10⁻¹³	Se D+s decay modes
B meson	B⁺	B⁻	u b	5 279.15±0.31	¹⁄₂	0⁻	0	0	+1	-12.1 1.638±0.011×10⁻¹²	Se B⁺ decay modes
B meson	B⁰	B⁰	d b	5 279.5±3	¹⁄₂	0⁻	0	0	+1	-12.2 1.530±0.009×10⁻¹²	Se B⁰ decay modes
Bs meson	B0s	B0s	s b	5 366.3±0.6	0	0⁻	−1	0	+1	-12.3 1.472+0.024−0.026×10⁻¹²	Se B0s decay modes
Bc meson	B+c	B−c	c b	6 277±6	0	0⁻	0	+1	+1	-13.2 4.5±0.4×10⁻¹³	Se B+c decay modes

Vektormesoner

Vektormesoner
Partikelnamn	Partikel- symbol	Antipartikel- symbol	Kvark innehåll	Vilomassa (MeV/c²)	I^G	J^PC	S	C	B'	Medellivslängd (s)	Brukar sönderfalla till (>5% av sönderfall)
Laddad rho-meson	ρ⁺(770)	ρ⁻(770)	u d	0775.4 775.4±0.4	1⁺	1⁻	0	0	0	-24 ~4.5×10⁻²⁴	π^± + π⁰
Neutral rho-meson	ρ⁰(770)	Self	$\mathrm {\tfrac {u{\bar {u}}-d{\bar {d}}}{\sqrt {2}}} \,$	0775.49 775.49±0.34	1⁺	1⁻⁻	0	0	0	-24 ~4.5×10⁻²⁴	π⁺ + π⁻
Omega meson	ω(782)	Self	$\mathrm {\tfrac {u{\bar {u}}+d{\bar {d}}}{\sqrt {2}}} \,$	782.65±0.12	0⁻	1⁻⁻	0	0	0	-23 7.75±0.07×10⁻²³	π⁺ + π⁰ + π⁻ or π⁰ + γ
Fi meson	φ(1020)	Self	s s	1 019.445±0.020	0⁻	1⁻⁻	0	0	0	-22.3 1.55±0.01×10⁻²²	K⁺ + K⁻ or K0S + K0L or (ρ + π) / (π⁺ + π⁰ + π⁻)
J/Psi	J/ψ	Self	c c	3 096.916±0.011	0⁻	1⁻⁻	0	0	0	-21.1 7.1±0.2×10⁻²¹	See J/ψ(1S) decay modes
Ypsilon-meson	ϒ(1S)	Self	b b	9 460.30±0.26	0⁻	1⁻⁻	0	0	0	-20.3 1.22±0.03×10⁻²⁰	See ϒ(1S) decay modes
Kaon	K^∗+	K^∗−	u s	891.66±0.026	¹⁄₂	1⁻	1	0	0	-20.1 ~7.35×10⁻²⁰	See K^∗(892) decay modes
Kaon	K^∗0	K^∗0	d s	896.00±0.025	¹⁄₂	1⁻	1	0	0	-20.2 7.346±0.002×10⁻²⁰	See K^∗(892) decay modes
D meson	D^∗+(2010)	D^∗−(2010)	c d	2 010.27±0.17	¹⁄₂	1⁻	0	+1	0	-21.2 6.9±1.9×10⁻²¹	D⁰ + π⁺ or D⁺ + π⁰
D meson	D^∗0(2007)	D^∗0(2007)	c u	2 006.97±0.19	¹⁄₂	1⁻	0	+1	0	-22.2 >3.1×10⁻²²	D⁰ + π⁰ or D⁰ + γ
Ds meson	D∗+s	D∗−s	c s	2 112.3±0.5	0	1⁻	+1	+1	0	-22.1 >3.4×10⁻²²	D^∗+ + γ or D^∗+ + π⁰
B meson	B^∗+	B^∗−	u b	5 325.1±0.5	¹⁄₂	1⁻	0	0	+1	Okänd	B⁺ + γ
B meson	B^∗0	B^∗0	d b	5 325.1±0.5	¹⁄₂	1⁻	0	0	+1	Okänd	B⁰ + γ
Bs meson	B∗0s	B∗0s	s b	5 412.8±1.3	0	1⁻	−1	0	+1	Okänd	B0s+γ
Bc meson^†	B∗+c	B∗−c	c b	Okänd	0	1⁻	0	+1	+1	Okänd	Okänd

Not om neutrala kaoner

Det finns två komplikationer med neutrala kaoner:

På grund av tillståndsblandning är K0S och K0L inte egentillstånd vad gäller särtal. De är däremot egentillstånd för svag växelverkan, vilket avgör hur de sönderfaller, så det är dessa tillstånd som har en väldefinierad medellivslängd.
De linjärkombinationer som ges i tabellen för K0S och K0L är inte helt exakta, eftersom CP-brott försummas.

Märk väl att samma problem i princip finns även för andra neutrala mesoner med blandad kvarksammansättning. Där har det dock ingen praktisk betydelse i experiment, eftersom livstiderna för samtliga partiklar är mycket kort.

Se även

Anmärkningar

1 2 3 Sammansättning inte exakt, på grund av ändliga kvarkmassor.
1 2 3 Källan ger resonansbredden (Г). Här räknas den om till medellivslängd med t =&nbs7p;^ħ⁄_Γ istället.
1 2 Starkt egentillstånd. Odefinierad medellivslängd. (se not om kaoner).
1 2 Svagt egentillstånd. Sammansättningen saknar en liten CP-brytande term (se not om kaoner).
1 2 Massan för K0L och K0S ges som massan för K⁰. Det är dock väl känt att det finns en masskillnad på 2.2×10⁻¹¹ MeV/c²mellan K0L och K0S.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Källan ger resonansbredden (Г). Här räknas den om till medellivslängd med t = ^ħ⁄_Γ istället.
1 2 3 Det exakta värdet beror på vilken metod som används. Se källan för mer detaljer.

Referenser

↑ J.J. Aubert et al. (1974)
↑ J.E. Augustin et al. (1974)
↑ S.W. Herb et al. (1977)
↑ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – π^±
↑ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – π⁰
↑ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – η
↑ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – η′
↑ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – η_c
↑ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – η_b
↑ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – K^±
↑ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – K⁰
↑ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – K0S
1 2 C. Amsler et al. (2008): Particle listings – K0L
↑ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – D^±
↑ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – D⁰
↑ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – D±s
↑ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – B^±
↑ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – B⁰
↑ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – B0s
↑ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – B±c
1 2 C. Amsler et al. (2008): Particle listings – ρ
↑ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – ω(782)
↑ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – φ
↑ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – J/Ψ
↑ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – ϒ(1S)
1 2 C. Amsler et al. (2008): Particle listings – K^∗(892)
↑ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – D^∗±(2010)
↑ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – D^∗0(2007)
↑ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – D∗±s
1 2 C. Amsler et al. (2008): Particle listings – B^∗
↑ C. Amsler et al. (2008): Particle listings – B∗s
1 2 J.W. Cronin (1980)

Bibliografi

M.S. Sozzi (2008a). ”Parity”. Discrete Symmetries and CP Violation: From Experiment to Theory. Oxford University Press. sid. 15–87. ISBN 0199296669
M.S. Sozzi (2008b). ”Charge Conjugation”. Discrete Symmetries and CP Violation: From Experiment to Theory. Oxford University Press. sid. 88–120. ISBN 0199296669
M.S. Sozzi (2008c). ”CP-Symmetry”. Discrete Symmetries and CP Violation: From Experiment to Theory. Oxford University Press. sid. 231–275. ISBN 0199296669
C.Amsler et al. (15 oktober 2008). ”Review of Particle Physics”. Physics Letters (Particle Data Group) "B667" (1): ss. 1–1340.
S.S.M. Wong (1998). ”Nucleon Structure”. Introductory Nuclear Physics (2nd). New York (NY): John Wiley & Sons. sid. 21–56. ISBN 0-471-23973-9
R. Shankar (1994). Principles of Quantum Mechanics (2nd). New York (NY): Plenum Press. ISBN 0-306-44790-8. https://archive.org/details/principlesofquan0000shan_x3c9
K. Gottfried, V.F. Weisskopf (1986). ”Hadronic Spectroscopy: G-parity”. Concepts of Particle Physics. "2". Oxford University Press. sid. 303–311. ISBN 0195033930
J.W. Cronin (1980). ”CP Symmetry Violation – The Search for its origin”. Nobelstiftelsen. https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1980/cronin/lecture/.
V.L. Fitch (1980). ”The Discovery of Charge – Conjugation Parity Asymmetry”. Nobelstiftelsen. https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1980/fitch/lecture/.
S.W. Herb et al. (15 oktober 1977). ”Observation of a Dimuon Resonance at 9.5 Gev in 400-GeV Proton-Nucleus Collisions”. Physical Review Letters "39" (5): ss. 252–255. doi:10.1103/PhysRevLett.39.252.
J.J. Aubert et al. (15 oktober 1974). ”Experimental Observation of a Heavy Particle J”. Physical Review Letters "33" (23): ss. 1404–1406. doi:10.1103/PhysRevLett.33.1404.
J.E. Augustin et al. (15 oktober 1974). ”Discovery of a Narrow Resonance in e⁺e⁻ Annihilation”. Physical Review Letters "33" (23): ss. 1406–1408. doi:10.1103/PhysRevLett.33.1406.
M. Gell-Mann (15 oktober 1964). ”A Schematic of Baryons and Mesons”. Physics Letters "8" (3): ss. 214–215. doi:10.1016/S0031-9163(64)92001-3.
E. Wigner (15 oktober 1937). ”On the Consequences of the Symmetry of the Nuclear Hamiltonian on the Spectroscopy of Nuclei”. Physical Review "51" (2): ss. 106–119. doi:10.1103/PhysRev.51.106.
W. Heisenberg (15 oktober 1932). ”Über den Bau der Atomkerne I”. Zeitschrift für Physik "77": ss. 1–11. doi:10.1007/BF01342433. (tyska)
W. Heisenberg (15 oktober 1932). ”Über den Bau der Atomkerne II”. Zeitschrift für Physik "78": ss. 156–164. doi:10.1007/BF01337585. (tyska)
W. Heisenberg (15 oktober 1932). ”Über den Bau der Atomkerne III”. Zeitschrift für Physik "80": ss. 587–596. doi:10.1007/BF01335696. (tyska)

Externa länkar

Wikimedia Commons har media som rör Meson.
Bilder & media
The Review of Particle Physics (2008) Particle Data Group. Detta är standardverket för partikelegenskaper.

Den här artikeln är helt eller delvis baserad på material från engelskspråkiga Wikipedia, Meson, 30 juli 2010.

[quarkcontent-6] 1 2 3 Sammansättning inte exakt, på grund av ändliga kvarkmassor.

[Lifetime-8] 1 2 3 Källan ger resonansbredden (Г). Här räknas den om till medellivslängd med t =&nbs7p;^ħ⁄_Γ istället.

[strongforce-14] 1 2 Starkt egentillstånd. Odefinierad medellivslängd. (se not om kaoner).

[Kaon-16] 1 2 Svagt egentillstånd. Sammansättningen saknar en liten CP-brytande term (se not om kaoner).

[Kaonmass-18] 1 2 Massan för K0L och K0S ges som massan för K⁰. Det är dock väl känt att det finns en masskillnad på 2.2×10⁻¹¹ MeV/c²mellan K0L och K0S.

[Lifetime2-27] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Källan ger resonansbredden (Г). Här räknas den om till medellivslängd med t = ^ħ⁄_Γ istället.

[Lifetime3-28] 1 2 3 Det exakta värdet beror på vilken metod som används. Se källan för mer detaljer.

[1] J.J. Aubert et al. (1974)

[2] J.E. Augustin et al. (1974)

[3] S.W. Herb et al. (1977)

[PDGPion+--4] C. Amsler et al. (2008): Particle listings – π^±

[PDGPion0-5] C. Amsler et al. (2008): Particle listings – π⁰

[PDGEta-7] C. Amsler et al. (2008): Particle listings – η

[PDGEtaPrime-9] C. Amsler et al. (2008): Particle listings – η′

[PDGCharmedEta-10] C. Amsler et al. (2008): Particle listings – η_c

[PDGBottomEta-11] C. Amsler et al. (2008): Particle listings – η_b

[PDGKaon+-12] C. Amsler et al. (2008): Particle listings – K^±

[PDGKaon0-13] C. Amsler et al. (2008): Particle listings – K⁰

[PDGK-short-15] C. Amsler et al. (2008): Particle listings – K0S

[PDGK-long-17] 1 2 C. Amsler et al. (2008): Particle listings – K0L

[PDGD+-19] C. Amsler et al. (2008): Particle listings – D^±

[PDGD0-20] C. Amsler et al. (2008): Particle listings – D⁰

[PDGDs-21] C. Amsler et al. (2008): Particle listings – D±s

[PDGB+-22] C. Amsler et al. (2008): Particle listings – B^±

[PDGB0-23] C. Amsler et al. (2008): Particle listings – B⁰

[PDGBs-24] C. Amsler et al. (2008): Particle listings – B0s

[PDGBc-25] C. Amsler et al. (2008): Particle listings – B±c

[PDGRho-26] 1 2 C. Amsler et al. (2008): Particle listings – ρ

[PDGOmegaMeson-29] C. Amsler et al. (2008): Particle listings – ω(782)

[PDGPhi-30] C. Amsler et al. (2008): Particle listings – φ

[PDGJPsi-31] C. Amsler et al. (2008): Particle listings – J/Ψ

[PDGUpsilon-32] C. Amsler et al. (2008): Particle listings – ϒ(1S)

[PDGKaon*-33] 1 2 C. Amsler et al. (2008): Particle listings – K^∗(892)

[PDGD*+-34] C. Amsler et al. (2008): Particle listings – D^∗±(2010)

[PDGD*0-35] C. Amsler et al. (2008): Particle listings – D^∗0(2007)

[PDGD*s-36] C. Amsler et al. (2008): Particle listings – D∗±s

[PDGB*-37] 1 2 C. Amsler et al. (2008): Particle listings – B^∗

[PDGBs*-38] C. Amsler et al. (2008): Particle listings – B∗s

[Cronin-39] 1 2 J.W. Cronin (1980)