Quarkonio
Nella fisica delle alte energie, un quarkonio[1][2] (derivato di quark, con la terminazione -onio di positronio) è un mesone costituito da un quark charm o un quark bottom e dal proprio antiquark, e di conseguenza privo di sapore. Tali particelle sono chiamate rispettivamente charmonium e bottomonium.
Esempi di quarkoni sono la particella J/ψ (che è un charmonium) e la particella Υ (che è un bottomonium). A causa dell'alta massa del quark top, un "toponium" non esiste, poiché tale quark decade per interazione elettrodebole prima che si possa formare lo stato legato. Mesoni costituiti da quark leggeri e dal loro antiquark generalmente non vengono chiamati quarkoni, anche a causa del fatto che avendo masse simili non sono facilmente distinguibili gli uni dagli altri.
A causa della grande differenza di massa tra quark charm o bottom e gli altri quark, le famiglie dei charmonia e bottomonia non si mescolano fra di loro o con altri mesoni privi di sapore.
Charmonium[modifica | modifica wikitesto]
Nella tabella qui sotto riportata, la medesima particella può essere chiamata con la sua numerazione spettroscopica oppure con quella della sua massa. In alcuni casi vengono utilizzati stati di eccitazione: Ψ' è il primo stato di eccitazione di Ψ (per motivi storici quest'ultima particella è chiamata J/ψ); Ψ" è il secondo stato e così via. In pratica i nomi nella stessa casella sono sinonimi.
Alcuni di questi stati sono già previsti ma non sono stati ancora scoperti; altri non sono confermati. I numeri quantici della particella X(3872) sono sconosciuti; la sua identità è controversa e potrebbe essere:
- un candidato per lo stato 13D2;
- un charmonium in stato ibrido;
- una molecola .
| Termine spettroscopico | IG(JPC) | Particella | Massa (MeV) |
|---|---|---|---|
| 11S0 | 0+(0−+) | ηc(1S), or ηc(2980) | 2 980.3 ± 1.2 |
| 13S1 | 0−(1−−) | J/ψ(1S) | 3 096.916 ± 0.011 |
| 11P1 | 0−(1+−) | hc(1P) | 3 525.93 ± 0.27 |
| 13P0 | 0+(0++) | χc0(1P) | 3 414.75 ± 0.31 |
| 13P1 | 0+(1++) | χc1(1P) | 3 510.66 ± 0.07 |
| 13P2 | 0+(2++) | χc2(1P) | 3 556.20 ± 0.09 |
| 21S0 | 0+(0−+) | ηc(2S), or | 3 637 ± 4 |
| 23S1 | 0−(1−−) | ψ(3686) | 3 686.09 ± 0.04 |
| 11D2 | 0+(2−+) | ηc2(1D)[3] | |
| 13D1 | 0−(1−−) | ψ(3770) | 3 772.92 ± 0.35 |
| 13D2 | 0−(2−−) | ψ(3836)[4] | |
| 13D3 | 0−(3−−) | ψ3(1D)[3] | |
| 21P1 | 0−(1+−) | hc(2P)[3] | |
| 23P0 | 0+(0++) | χc0(2P)[3] | |
| 23P1 | 0+(1++) | χc1(2P)[3] | |
| 23P2 | 0+(2++) | χc2(2P)[3] | |
| ???? | 0?(??)[5] | X(3872) | 3 872.2 ± 0.8 |
Bottomonium[modifica | modifica wikitesto]
Nella tabella seguente la stessa particella può essere chiamata con la numerazione spettroscopica o con quella della sua massa.
Alcuni di questi stati sono previsti ma non ancora scoperti; altri non sono confermati.
| Termine spettroscopico | IG(JPC) | Particella | Massa (MeV) |
|---|---|---|---|
| 11S0 | 0+(0−+) | ηb(1S)[6] | 9 390.9 ± 2.8 |
| 13S1 | 0−(1−−) | Υ(1S) | 9 460.30 ± 0.26 |
| 11P1 | 0−(1+−) | hb(1P) | |
| 13P0 | 0+(0++) | χb0(1P) | 9 859.44 ± 0.52 |
| 13P1 | 0+(1++) | χb1(1P) | 9 892.76 ± 0.40 |
| 13P2 | 0+(2++) | χb2(1P) | 9 912.21 ± 0.40 |
| 21S0 | 0+(0−+) | ηb(2S) | |
| 23S1 | 0−(1−−) | Υ(2S) | 10 023.26 ± 0.31 |
| 11D2 | 0+(2−+) | ηb2(1D) | |
| 13D1 | 0−(1−−) | Υ(1D) | |
| 13D2 | 0−(2−−) | Υ2(1D) | 10 161.1 ± 1.7 |
| 13D3 | 0−(3−−) | Υ3(1D) | |
| 21P1 | 0−(1+−) | hb(2P) | |
| 23P0 | 0+(0++) | χb0(2P) | 10 232.5 ± 0.6 |
| 23P1 | 0+(1++) | χb1(2P) | 10 255.46 ± 0.55 |
| 23P2 | 0+(2++) | χb2(2P) | 10 268.65 ± 0.55 |
| 33S1 | 0−(1−−) | Υ(3S) | 10 355.2 ± 0.5 |
| 33PJ | 0+(J++) | χ(3P) | 10 530 ± 5 (stat.) ± 9 (sist.) |
| 43S1 | 0−(1−−) | Υ(4S) or Υ(10580) | 10 579.4 ± 1.2 |
| 53S1 | 0−(1−−) | Υ(10860) | 10 865 ± 8 |
| 63S1 | 0−(1−−) | Υ(11020) | 11 019 ± 8 |
Cromodinamica quantistica (QCD) e quarkoni[modifica | modifica wikitesto]
Il calcolo delle proprietà dei mesoni all'interno della QCD è completamente non-perturbativo. Il risultato è che esso è l'unico metodo generale a disposizione in un calcolo della QCD su reticolo. Dovrebbero però esserci delle semplificazioni per i quarkoni pesanti.
I quark leggeri in un mesone si muovono a velocità relativistiche perché la massa dello stato limite è molto più grande della massa del quark. I quark charm e bottom nei loro quarkoni si muovono relativamente lenti. È stato calcolato che la velocità, v, è 0.3 volte la velocità della luce per il quark charm e 0.1 per il bottom. È quindi possibile considerare tale calcolo come uno sviluppo in potenze di v ed è chiamato cromodinamica quantistica non-relativistica (NRQCD).
La NRQCD è stata quantizzata anche come una teoria di gauge su reticolo. Questo rende il calcolo delle proprietà del quarkonio in qualche modo più semplice. È stato riscontrato un buon accordo con le masse del bottomonium. In verità ciò fornisce uno dei migliori test non-perturbativi della QCD. Per la famiglia charm la corrispondenza non è così buona. Presumibilmente v non è abbastanza piccola perché la NRQCD sia abbastanza accurata.
La scomparsa dei quarkoni è stata proposta come mezzo per provare la formazione di plasma quark-gluoni durante gli esperimenti.
Note[modifica | modifica wikitesto]
- ^ Quarkonio, in Treccani.it – Vocabolario Treccani on line, Roma, Istituto dell'Enciclopedia Italiana. URL consultato il 3 aprile 2017.
- ^ Quarkonio, in Dizionario delle scienze fisiche, Roma, Istituto dell'Enciclopedia Italiana, 1996. URL consultato il 3 aprile 2017.
- ^ a b c d e f Prevista ma non ancora identificata
- ^ Candidata, necessita di conferma
- ^ Interpretata come un charmonium 1−− privo di sapore
- ^ Risultati preliminari, necessitano di conferma
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