Фи-мезон

Эта статья находится на начальном уровне проработки, в одной из её версий выборочно используется текст из источника, распространяемого под свободной лицензией
Материал из энциклопедии Руниверсалис

Фи-мезон — элементарная частица со скрытой странностью и изотопическим спином 0, представляющая собой мезонные резонансы с чётным орбитальным квантовым числом[1]. Она образует синглет, дополняющий октет векторных мезонов, то есть является аналогом η′-мезона.

История открытия

Первые свидетельства существования φ-мезона были получены в 1961-1962 годах в в Брукхейвенской национальной лаборатории[2]. На основании этих данных Дзюном Сакураи[en] было сделано предположение о природе этого резонанса[3].

Надёжное подтверждение открытия φ-мезона было сделано в 1962 году на Беватроне в Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли[4] и на синхротроне AGS в Брукхейвенской национальной лаборатории[5].

В 1968 году на синхрофазотроне в Объединённом институте ядерных исследований впервые зафиксирован распад φ-мезона на электрон-позитронную пару[6].

Первое возбуждённое состояние φ(1680) подтверждено в 1971 году[7], третье φ(2170) — открыто на коллайдере BEPC II в 2008 году[8].

Характеристики

Далее представлены характеристики самого лёгкого φ-мезона и трёх его наиболее хорошо изученных возбуждённых состояний.

Частица Кварковый состав[9] Энергия покоя, МэВ IG JPC Q S c b Среднее время жизни, с Основная мода распада
φ(1020) [math]\displaystyle{ s\bar{s} }[/math] 1019,455 ± 0,020 0− 1−− 0 0 0 0 1,54⋅10−22 K+ + K−
φ(1680) [math]\displaystyle{ s\bar{s} }[/math] 1680 ± 20 0− 1−− 0 0 0 0 4,4⋅10−24 K+ + K*−(892)
φ3(1850) [math]\displaystyle{ s\bar{s} }[/math] 1854 ± 7 0− 3−− 0 0 0 0 7,6⋅10−24 K+ + K−
φ(2170) [math]\displaystyle{ s\bar{s} }[/math] 2162 ± 7 0− 1−− 0 0 0 0 6,6⋅10−24 e+ + e−

Моды распада

Диаграмма Фейнмана для распада фи-мезона на два каона

Как и все резонансы, фи-мезон распадается в основном за счёт сильного взаимодействия. Основными для фи-мезона являются распады на два ка-мезона:

[math]\displaystyle{ \varphi \to K^+ + K^- }[/math] (вероятность 49,1 %)[10],
[math]\displaystyle{ \varphi \to K_L^0 + K_S^0 }[/math] (вероятность 33,9 %)[10].
Диаграмма Фейнмана для распада фи-мезона на три пиона

Другой возможный канал распада — это распад на три пи-мезона:

[math]\displaystyle{ \varphi \to \pi^+ + \pi^- + \pi^0 }[/math],

который может происходить либо непосредственно, либо с образованием промежуточного резонанса — ро-мезона:

[math]\displaystyle{ \varphi \to \rho^\pm + \pi^\mp\to \pi^\pm + \pi^0 + \pi^\mp }[/math],
[math]\displaystyle{ \varphi \to \rho^0 + \pi^0\to \pi^+ + \pi^- + \pi^0 }[/math].

Общий коэффициент ветвления в этом случае составляет лишь 15,4 %[10], хотя этот вид распада является энергетически более выгодным, так как суммарная масса трёх пионов составляет 414,12 МэВ/c², в то время, как масса пары каонов составляет 985,33 МэВ/c² (заряженные) или 995,23 МэВ/c² (нейтральные). Подавление этого канала объясняется правилом Окубо — Цвейга — Иизуки[en].

Также фи-мезон может распадаться за счёт электромагнитного взаимодействия:

[math]\displaystyle{ \varphi \to \eta + \gamma }[/math] (вероятность 1,3 %)[10],
[math]\displaystyle{ \varphi \to \pi^0 + \gamma }[/math] (вероятность 0,0032 %)[10].

Кроме того, возможен распад фи-мезона на лептонную пару (электрон-позитрон или мюон-антимюон), но такой вид распада чрезвычайно редок:

[math]\displaystyle{ \varphi \to e^- + e^+ }[/math] (вероятность 2,98⋅10-4 %)[10],
[math]\displaystyle{ \varphi \to \mu^- + \mu^+ }[/math] (вероятность 2,85⋅10-4 %)[10].

Примечания

  1. ↑ Naming scheme for hadrons. Дата обращения: 25 июля 2011. Архивировано 5 августа 2011 года.
  2. ↑ Bertanza, L.; Brisson, V.; Connolly, P.L.; Hart, E.L. et al. Possible Resonances in the Ξ π and K anti-K Systems (англ.) // Phys. Rev. Lett.. — 1962. — Vol. 9. — P. 180.
  3. ↑ Sakurai, J. J. Possible Existence of a T=0 Vector Meson at 1020 MeV (англ.) // Phys. Rev. Lett.. — 1962. — December (vol. 9, no. 11). — P. 472–475. — doi:10.1103/PhysRevLett.9.472.
  4. ↑ Schlein, P.; Slater, W.E.; Smith, L.T.; Stork, D.H.; Ticho, H.K. Quantum Numbers of a 1020 MeV K anti-K Resonance (англ.) // Phys. Rev. Lett.. — 1963. — Vol. 10. — P. 368.
  5. ↑ P. L. Connolly et al. Existence and Properties of the ϕ Meson (англ.) // Phys. Rev. Lett. : journal. — 1963. — 15 April (vol. 10, no. 8). — P. 371—376.
  6. ↑ Astvacaturov, R.G.; Azimov, M.A.; Chuvilo, I.V.; Hladky, J. et al. Observation of the φ → e+ e– Decay (англ.) // Phys. Lett. B. — 1968. — Vol. 27. — P. 45. — doi:10.1016/0370-2693(68)90330-4.
  7. ↑ J. A. J. Matthews, J. D. Prentice, T. S. Yoon, J. T. Carroll, M. W. Firebaugh, W. D. Walker. Production and Decay of the φ(1680) in π + d → pp π+ π− π0 at 6.95 GeV/c (англ.) // Phys. Rev. D. — 1971. — 1 June (vol. 3). — P. 2561. — doi:10.1103/PHYSREVD.3.2561.
  8. ↑ M. Ablikim et al. Observation of Y(2175) in J=ψ → ηϕf0(980) (англ.) // Phys. Rev. Lett.. — 2008. — Vol. 100. — doi:10.1103/PhysRevLett.100.102003.
  9. ↑ C. Amsler et al. (2008): Quark Model Архивная копия от 30 июля 2011 на Wayback Machine
  10. ↑ 10,0 10,1 10,2 10,3 10,4 10,5 10,6 R.L. Workman et al. (Particle Data Group). Mesons. Summary tables (англ.) // Prog.Theor.Exp.Phys.. — 2022. — No. 083C01. Архивировано 28 августа 2022 года.
Источник — https://xn--h1ajim.xn--p1ai/index.php?title=Фи-мезон&oldid=11414913