Мезони: дефиниция и свойства на субатомните частици

Научете всичко за мезоните — дефиниция, структура кварк+антикварк, свойства и роля в субатомния свят. Ясно и достъпно обяснение.

Мезоните са хадрони — съставни субатомни частици, изградени от един кварк и един антикварк. Антикварките са античастиците на обичайните кварки и имат обратни стойности на някои квантови числа (например електрически заряд, „вкусови“ квантови числа като странност или очарование), но същата по величина стойност на вътрешния спин. Комбинацията от спиновете на кварка и антикварка дава цяло (интегрално) общо спиново квантово число — това прави мезоните бозони (най-често със спин 0 или 1). Някои мезони със спин 0 са скаларни или псевдоскаларни и по отношение на спина могат да напомнят на Хигс бозона, но Хигсът е елементарна частица в Стандартния модел, докато мезоните са композитни частици, съставени от кварки и подчинени на силните взаимодействия.

Структура и основни свойства

Цвят и конфайнмент: Кварките носят „цвят“ (колорен заряд) и мезонът е цветово неутрален — кваркът и антикваркът имат комплементарни цветове. Поради явлението цветен конфайнмент сами по себе си свободни кварки не се наблюдават; те се свързват в хадрони като мезони и бариони.

Квантови числа: Мезоните се описват с маса, спин, паритет, изоспин и вкусови квантови числа (странност, очарование, красота и т.н.). Някои видове мезони носят електрически заряд, други са неутрални.

Маса: Името „мезон“ идва от гръцкото „mesos“ (среден), защото първите открити мезони имат масите на нивото между много леки частици като електроните (като част от семейството на лептоните) и по-тежките бариони като протоните (вид барион, бариони). Все пак днес знаем, че масите на мезоните варират широко: леките пиони и каони са по-леки от много бариони, но съществуват и тежки мезони (съдържащи кварки очарование или красота), които са значително по-тежки от протона.

Класификация и примери

• Леки мезони: пиони (π), каони (K), η — често псевдоскаларни (спин 0).
• Векторни мезони: ρ, ω, φ — имат спин 1.
• Тежки мезони: D- и B-мезони (съдържат c или b кварк).
• Кваркониум: системи c c̄ (J/ψ) и b b̄ (ϒ) — свързани състояния на един и същ вид кварк и неговия антикварк.
• Екзотични състояния: тетракварки, молекули от два мезона и възможни глуонни (глуонни) състояния, наричани глуоболи.

Производство и разпад

Мезоните се създават при високоенергийни сблъсъци на частици в ускорители, при взаимодействия на космическите лъчи със средата и при разпади на по-тежки частици. Те могат да се разпадат чрез:

• Силното взаимодействие — много бързи разпади (т.е. къси времена на живот).
• Електромагнитното взаимодействие — например неутралният пи0 се разпада предимно в две фотони.
• Слабото взаимодействие — води до по-дълги времена на живот; каоните и B-мезоните показват разпади, при които участват слаби процеси и се наблюдават интересни ефекти като CP-нарушение.

Роля в физиката

Мезоните имат ключова роля в разбирането на силните взаимодействия и Квантовата Хромодинамика (QCD). Исторически Юкава е предсказал пиона като носител на остатъчната ядрена сила между нуклоните. Днес изследването на разпадите и спектрите на мезоните дава информация за взаимодействието между кварките, механизма на конфайнмента и за явления като CP-нарушението, които имат значение за асиметрията между материя и антиматерия.

Забележка: Някои твърдения от по-ранни, по-популярни описания могат да звучат опростено или неточно—например, антикварките не притежават „обратен спин“ в смисъл на противоположна величина на спина; те имат същия тип вътрешен спин, но противоположни стойности на други квантови числа. За по-подробно и техническо обяснение на спина, антипартиците и комбинирането на квантови числа е добре да се консултират учебници по квантова механика и Квантова Хромодинамика.

Въпроси и отговори

В: Какво представляват мезоните?

В: Какво е антикварк?

В: Как си взаимодействат спиновете на кварките и антикварките?

В: Откъде идва името "мезон"?

В: Защо мезоните са получили това име?

В: Какво представляват лептоните?

Търсене по буква