Meson

Tredimensionell ordning av 15 mesoner. Upp-ner i bilden visar antalet charmkvarkar i mesonerna. In-ut ur bilden visar antalet särkvarkar. Höger-vänster i bilden visar skillnaden mellan antalet upp- och nerkvarkar.

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 i 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)	IG	JPC	S	C	B'	Livstid (s)	Brukar sönderfalla till (>5% av sönderfall)
Pion	π+	π−	ud	0139.57018 139.57018±0.00035	1−	0−	0	0	0	-08.2 2.6033±0.0005×10−8	μ+ + νμ
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	ηc(1S)	Self	cc	2 980.5±1.2	0+	0−+	0	0	0	-23 2.4±0.3×10−23	Se ηc decay modes
Botten-eta-meson	ηb(1S)	Self	bb	9 388.9±4	0+	0−+	0	0	0	Okänd	Se ηb decay modes
Kaon	K+	K−	us	0493.677 493.677±0.016	1⁄2	0−	1	0	0	-08.3 1.2380±0.0021×10−8	μ+ + νμ or π+ + π0 or π0 + e+ + νe
Kaon	K0	K0	ds	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∓ + νe or π± + μ∓ + νμ or π0 + π0 + π0 or π+ + π0 + π−
D meson	D+	D−	cd	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	cu	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	cs	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−	ub	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	db	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	sb	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	cb	6 277±6	0	0−	0	+1	+1	-13.2 4.5±0.4×10−13	Se B+c decay modes

^[a] ^ Sammansättning inte exakt, på grund av ändliga kvarkmassor.
^[b] ^ Källan ger resonansbredden (Г). Här räknas den om till livstid med t = ^ħ⁄_Γ istället.
^[c] ^ Starkt egentillstånd. Odefinierad livstid. (se not om kaoner nedan)
^[d] ^ 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.
^[e] ^ Svagt egentillstånd. Sammansättningen saknar en liten CP-brytande term (se not om kaoner nedan).

Vektormesoner

Vektormesoner

Partikelnamn	Partikel- symbol	Antipartikel- symbol	Kvark innehåll	Vilomassa (MeV/c2)	IG	JPC	S	C	B'	Livstid (s)	Brukar sönderfalla till (>5% av sönderfall)
Laddad rho-meson	ρ+(770)	ρ−(770)	ud	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	ss	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	cc	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	bb	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∗−	us	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	ds	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)	cd	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)	cu	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	cs	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∗−	ub	5 325.1±0.5	1⁄2	1−	0	0	+1	Okänd	B+ + γ
B meson	B∗0	B∗0	db	5 325.1±0.5	1⁄2	1−	0	0	+1	Okänd	B0 + γ
Bs meson	B∗0s	B∗0s	sb	5 412.8±1.3	0	1−	−1	0	+1	Okänd	B0s+γ
Bc meson†	B∗+c	B∗−c	cb	Unknown	0	1−	0	+1	+1	Okänd	Okänd

^[f] ^ Källan ger resonansbredden (Г). Här räknas den om till livstid med t = ^ħ⁄_Γ istället.
^[g] ^ Det exakta värdet beror på vilken metod som används. Se källan för mer detaljer.

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 livstid.
• 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

• Baryon
• Partikelfysik
• Kvark

Referenser

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. (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 (utgåva 2nd). New York (NY): John Wiley & Sons. Sid. 21–56. ISBN 0-471-23973-9 
• R. Shankar (1994). Principles of Quantum Mechanics (utgåva 2nd). New York (NY): Plenum Press. ISBN 0-306-44790-8 
• 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”. The Nobel Foundation. http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1980/cronin-lecture.pdf. 
• V.L. Fitch (1980). ”The Discovery of Charge – Conjugation Parity Asymmetry”. The Nobel Foundation. http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1980/fitch-lecture.pdf. 
• S.W. Herb et al. (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. (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. (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 (1964). ”A Schematic of Baryons and Mesons”. Physics Letters 8 (3): ss. 214–215. doi:10.1016/S0031-9163(64)92001-3. 
• E. Wigner (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 (1932). ”Über den Bau der Atomkerne I”. Zeitschrift für Physik 77: ss. 1–11. doi:10.1007/BF01342433.  (tyska)
• W. Heisenberg (1932). ”Über den Bau der Atomkerne II”. Zeitschrift für Physik 78: ss. 156–164. doi:10.1007/BF01337585.  (tyska)
• W. Heisenberg (1932). ”Über den Bau der Atomkerne III”. Zeitschrift für Physik 80: ss. 587–596. doi:10.1007/BF01335696.  (tyska)

Externa länkar

• The Review of Particle Physics (2008) Particle Data Group. Detta är standardverket för partikelegenskaper.

Denna artikel är helt eller delvis baserad på material från engelskspråkiga Wikipedia