الميزون

اللف المغزلي ⁽ العدد الكمي S ) هو كمية متجهة تمثل الزخم الزاوي "الذاتي" ^للجسيم . ويأتي بزيادات قدرها 1/2 ħ . [ ^A ] 

الكواركات هي فرميونات ، وتحديدًا في هذه الحالة، جسيمات ذات لف مغزلي 1/2 (S = 1/2). ولأن إسقاطات اللف المغزلي تتغير بزيادات قدرها 1 (أي 1/ ħ ) ، فإن للكوارك الواحد متجه لف مغزلي طوله 1/2 ، وله إسقاطان للف المغزلي ، إما ( Sz = +1/2 أو _Sz = -1/2 ) . يمكن أن يكون لف كواركين متوازيين، وفي هذه الحالة يُجمع متجها اللف المغزلي لتكوين متجه طوله S = 1 ، بثلاثة إسقاطات لف مغزلي محتملة ( Sz = ₊₁ ، Sz ₌ 0 ، و Sz = -1) ، _ويُسمى تركيبها ميزونًا متجهيًا أو ثلاثية اللف المغزلي 1 _{. إذا كان} للكواركين دوران مغزلي متعاكس، فإن متجهي الدوران المغزلي يُجمعان لتكوين متجه طوله S = 0، وإسقاط دوران مغزلي واحد فقط ( Sz = 0) ، يُسمى ميزونًا قياسيًا أو ميزونًا أحادي الدوران 0. ولأن الميزونات تتكون من كوارك واحد وكوارك مضاد واحد، فإنها توجد في حالات دوران مغزلي ثلاثية وأحادية. وتُسمى الأخيرة بالميزونات القياسية أو الميزونات شبه القياسية ، وذلك تبعًا لتناظرها (انظر أدناه). 

هناك كمية أخرى من الزخم الزاوي الكمومي ، تُسمى الزخم الزاوي المداري (العدد الكمي L )، وهو الزخم الزاوي الناتج عن دوران الكواركات حول بعضها، ويأتي أيضًا بزيادات قدرها 1 ħ . الزخم الزاوي الكلي (العدد الكمي J ) للجسيم هو مجموع الزخمين الزاويين الذاتيين (اللف المغزلي) والزخم الزاوي المداري. ويمكن أن يأخذ أي قيمة من J = | L − S | إلى J = | L + S | ، بزيادات قدرها 1. 

يهتم علماء فيزياء الجسيمات بشكل خاص بالميزونات التي لا تمتلك زخمًا زاويًا مداريًا ( L  =  0)، ولذلك فإن مجموعتي الميزونات الأكثر دراسة هما S  =  1; L  =  0 و S  =  0; L  =  0، والتي تُقابل J  =  1 و J  =  0، مع العلم أنهما ليستا المجموعتين الوحيدتين. فمن الممكن أيضًا الحصول على جسيمات J  = 1 من S = 0 و L = 1. ويُعدّ التمييز بين ميزونات S = 1, L = 0 و S = 0, L = 1 مجالًا بحثيًا نشطًا في مطيافية الميزونات . ^{[ 12 ]}             

التكافؤ P هو تكافؤ اليسار واليمين، أو التكافؤ المكاني، وكان أول أنواع التكافؤ المكتشفة، ولذا يُطلق عليه غالبًا اسم "التكافؤ" فقط . لو انعكس الكون في مرآة، لكانت معظم قوانين الفيزياء متطابقة - أي أن الأشياء ستتصرف بالطريقة نفسها بغض النظر عما نسميه "يسارًا" وما نسميه "يمينًا". يُسمى مفهوم انعكاس المرآة هذا بالتكافؤ ( P ). تتصرف الجاذبية والقوة الكهرومغناطيسية والتفاعل القوي بالطريقة نفسها سواء انعكس الكون في مرآة أم لا، وبالتالي يُقال إنها تحافظ على التكافؤ ( تناظر P ). مع ذلك، يميز التفاعل الضعيف بين "اليسار" و"اليمين"، وهي ظاهرة تُسمى انتهاك التكافؤ ( انتهاك P ).

بناءً على ذلك، قد يظن المرء أنه إذا عُكست دالة الموجة لكل جسيم (أو بالأحرى، الحقل الكمومي لكل نوع من الجسيمات) في آنٍ واحد، فإن مجموعة دوال الموجة الجديدة ستُحقق قوانين الفيزياء تمامًا (باستثناء التفاعل الضعيف). لكن اتضح أن هذا ليس صحيحًا تمامًا: فلكي تتحقق المعادلات، يجب ضرب دوال الموجة لأنواع معينة من الجسيمات في -1، بالإضافة إلى عكسها. يُقال إن هذه الأنواع من الجسيمات ذات تكافؤ سالب أو فردي ( P  =  -1، أو P  = - )، بينما يُقال إن الجسيمات الأخرى ذات تكافؤ موجب أو زوجي ( P = +1، أو P = +).     

بالنسبة للميزونات، ترتبط التكافؤ بالزخم الزاوي المداري بالعلاقة التالية: ^{[ 13 ] [ 14 ]}

${\displaystyle P=\left(-1\right)^{L+1}}$

حيث يُمثل L نتيجةً لزوجية التوافقي الكروي المقابل للدالة الموجية . ويأتي الرقم "+1" من حقيقة أنه، وفقًا لمعادلة ديراك ، يمتلك الكوارك والكوارك المضاد زوجية ذاتية متعاكسة. وبالتالي، فإن الزوجية الذاتية للميزون هي حاصل ضرب الزوجية الذاتية للكوارك (+1) والكوارك المضاد (-1). ولأن هاتين الزوجيتين مختلفتان، فإن حاصل ضربهما يساوي -1، ومن ثمّ يظهر الرقم "+1" في الأس.

ونتيجة لذلك، فإن جميع الميزونات التي ليس لها زخم زاوي مداري ( L  =  0) لها تكافؤ فردي ( P  =  −1).

يُعرَّف التكافؤ C فقط للميزونات التي هي جسيمها المضاد (أي الميزونات عديمة النكهة). ​​وهو يُحدد ما إذا كانت دالة الموجة للميزون تبقى كما هي عند تبادل الكوارك الخاص به مع الكوارك المضاد الخاص به. ^{[ 15 ]} إذا

${\displaystyle |q{\bar {q}}\rangle =|{\bar {q}}q\rangle }$

إذن، يكون الميزون " زوجي C " ( C  =  +1). من ناحية أخرى، إذا

${\displaystyle |q{\bar {q}}\rangle =-|{\bar {q}}q\rangle }$

إذن فإن الميزون يكون " فردي C " ( C  =  −1).

نادرًا ما تُدرس خاصية التكافؤ C بشكل منفرد، بل تُدرس عادةً بالاشتراك مع خاصية التكافؤ P لتكوين خاصية التكافؤ CP . كان يُعتقد في الأصل أن خاصية التكافؤ CP محفوظة، ولكن تبين لاحقًا أنها تُنتهك في حالات نادرة في التفاعلات الضعيفة . ^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]}

تُعدّ تكافؤ G تعميمًا لتكافؤ C. فبدلاً من مجرد مقارنة الدالة الموجية بعد تبادل الكواركات والكواركات المضادة، فإنها تقارن الدالة الموجية بعد تبادل الميزون بالميزون المضاد المقابل، بغض النظر عن محتوى الكواركات. ^{[ 19 ]}

لو

${\displaystyle |q_{1}{\bar {q}}_{2}\rangle =|{\bar {q}}_{1}q_{2}\rangle }$

عندئذٍ، يكون الميزون " زوجيًا " ( G  =  +1). من ناحية أخرى، إذا

${\displaystyle |q_{1}{\bar {q}}_{2}\rangle =-|{\bar {q}}_{1}q_{2}\rangle }$

إذن فإن الميزون يكون " فردي G " ( G  =  −1).

لوحظ أن العدد الكمي للغرابة S (لا يُخلط بينه وبين اللف المغزلي) يتغير صعودًا وهبوطًا مع كتلة الجسيم. فكلما زادت الكتلة، انخفضت الغرابة (أي أصبحت أكثر سلبية) (أي زاد عدد كواركات s). ويمكن وصف الجسيمات بإسقاطات اللف المغزلي (المرتبطة بالشحنة) والغرابة (الكتلة) (انظر أشكال شبكة uds التساعية). ومع اكتشاف كواركات أخرى، تم وضع أعداد كمية جديدة لوصف شبكات udc وudb التساعية بشكل مشابه. ولأن كتلة u وd فقط هي المتشابهة، فإن هذا الوصف لكتلة الجسيم وشحنته بدلالة اللف المغزلي والأعداد الكمية للنكهة لا يُجدي نفعًا إلا مع الشبكات التساعية المكونة من كوارك u واحد، وكوارك d واحد، وكوارك آخر، ويفشل مع الشبكات التساعية الأخرى (مثل شبكة ucb التساعية). إذا كانت جميع الكواركات لها نفس الكتلة، يُطلق على سلوكها اسم السلوك المتناظر ، لأنها ستتصرف جميعها بنفس الطريقة تمامًا فيما يتعلق بالتفاعل القوي. ومع ذلك، بما أن الكواركات لا تمتلك نفس الكتلة، فإنها لا تتفاعل بنفس الطريقة (تمامًا مثل الإلكترون الموضوع في مجال كهربائي سيتسارع أكثر من البروتون الموضوع في نفس المجال بسبب كتلته الأخف)، ويقال إن التناظر مكسور .

لوحظ أن الشحنة ( Q ) مرتبطة بإسقاط الدوران النظائري ( I3 ) ورقم الباريون ( B ) وأرقام الكم النكهة ( S ، C ، B ′ ، T ₎ بواسطة صيغة جيل مان-نيشيجيما : ^{[ 23 ]}

${\displaystyle Q=I_{3}+{\frac {1}{2}}(B+S+C+B^{\prime }+T),}$

حيث تمثل S و C و B ′ و T على التوالي أعداد الكم الخاصة بالنكهة: الغرابة ، والسحر ، والقاع ، والقمة . وترتبط هذه الأعداد بعدد الكواركات الغريبة، والساحرة، والقاع، والقمة، والكواركات المضادة وفقًا للعلاقات التالية:

${\displaystyle {\begin{aligned}S&=-(n_{\text{s}}-n_{\bar {\text{s}}})\\C&=+(n_{\text{c}}-n_{\bar {\text{c}}})\\B^{\prime }&=-(n_{\text{b}}-n_{\bar {\text{b}}})\\T&=+(n_{\text{t}}-n_{\bar {\text{t}}}),\end{aligned}}}$

وهذا يعني أن صيغة جيل-مان-نيشيجيما تعادل التعبير عن الشحنة بدلالة محتوى الكوارك:

${\displaystyle Q={\frac {2}{3}}[(n_{\text{u}}-n_{\bar {\text{u}}})+(n_{\text{c}}-n_{\bar {\text{c}}})+(n_{\text{t}}-n_{\bar {\text{t}}})]-{\frac {1}{3}}[(n_{\text{d}}-n_{\bar {\text{d}}})+(n_{\text{s}}-n_{\bar {\text{s}}})+(n_{\text{b}}-n_{\bar {\text{b}}})].}$

تُصنف الميزونات إلى أنواع وفقًا لتكويناتها الدورانية. وتُعطى بعض التكوينات المحددة أسماءً خاصة بناءً على الخصائص الرياضية لتكوينها الدوراني.

اسم الجسيم	رمز الجسيم	رمز الجسيم المضاد	محتوى الكوارك	كتلة السكون [ MeV / c 2 ]	أنا جي	لجنة التحقيق المشتركة	S	ج	ب ′	متوسط ​​العمر ( ثانية )	يتحلل عادةً إلى (>5% من حالات التحلل)
بيون [ 27 ]	π +	π −	u d	139.570 18 ± 0.000 35	1 −	0 −	0	0	0	(2.6033 ± 0.0005) × 10 −8	μ ++ νμ
بيون [ 28 ]	π 0	الذات	${\displaystyle \mathrm {\tfrac {u{\bar {u}}-d{\bar {d}}}{\sqrt {2}}} \,}$[أ]	134.9766 ± 0.0006	1 −	0 − +	0	0	0	(8.4 ± 0.6) × 10 −17	γ + γ
ميزون إيتا [ 29 ]	η	الذات	${\displaystyle \mathrm {\tfrac {u{\bar {u}}+d{\bar {d}}-2s{\bar {s}}}{\sqrt {6}}} \,}$[أ]	547.853 ± 0.024	0 +	0 − +	0	0	0	(5.0 ± 0.3) × 10 −19 [ب]	γ + γ أو π 0+ π 0+ π 0أو π ++ π 0+ π −
ميزون إيتا الأولي [ 30 ]	η ′ (958)	الذات	${\displaystyle \mathrm {\tfrac {u{\bar {u}}+d{\bar {d}}+s{\bar {s}}}{\sqrt {3}}} \,}$[أ]	957.66 ± 0.24	0 +	0 − +	0	0	0	(3.2 ± 0.2) × 10 −21 [ب]	π + + π −+ η أو ( ρ 0+ γ ) / ( π + + π −+ γ ) أو π 0+ π 0+ η
ميزون إيتا المسحور [ 31 ]	ηج (1S)	الذات	نسخة​	2980.3 ± 1.2​​	0 +	0 − +	0	0	0	(2.5 ± 0.3) × 10 −23 [ب]	انظر ηأنماط اضمحلال ج
ميزون إيتا السفلي [ 32 ]	ηب (1S)	الذات	ب ب	9300 ± 40	0 +	0 − +	0	0	0	مجهول	انظر ηأنماط التحلل ب
كاون [ 33 ]	ك +	K −	نحن​	493.677 ± 0.016	١/٢​​​​	0 −	1	0	0	(1.2380 ± 0.0021) × 10 −8	μ ++ νμ أو π ++ π 0أو π ++ π ++ π −أو π 0+ هـ ++ νهـ
كاون [ 34 ]	K 0	K 0	د س	497.614 ± 0.024	١/٢​​​​	0 −	1	0	0	[ج]	[ج]
K-Short [ 35 ]	ك 0 س	الذات	${\displaystyle \mathrm {\tfrac {d{\bar {s}}+s{\bar {d}}}{\sqrt {2}}} \,}$[هـ]	497.614 ± 0.024 [d]	١/٢​​​​	0 −	(*)	0	0	(8.953 ± 0.005) × 10 −11	π ++ π −أو π 0+ π 0
كي-لونغ [ 36 ]	K 0 L	الذات	${\displaystyle \mathrm {\tfrac {d{\bar {s}}-s{\bar {d}}}{\sqrt {2}}} \,}$[هـ]	497.614 ± 0.024 [d]	١/٢​​​​	0 −	(*)	0	0	(5.116 ± 0.020) × 10 −8	π ±+ e ∓+ νe أوπ ±+ μ ∓+ νμ أوπ 0+ π 0+ π 0أو π ++ π 0+ π −
ميزون D [ 37 ]	د +	د -	ج د	1869.62 ± 0.20​​	١/٢​​​​	0 −	0	+1	0	(1.040 ± 0.007) × 10 −12	انظر د +أنماط الاضمحلال
ميزون D [ 38 ]	D 0	D 0	ج يو	1864.84 ± 0.17​​	١/٢​​​​	0 −	0	+1	0	(4.101 ± 0.015) × 10 −13	انظر D 0أنماط الاضمحلال
ميزون D غريب [ 39 ]	D + s	D − s	ج س	1968.49 ± 0.34​​	0	0 −	+1	+1	0	(5.00 ± 0.07) × 10 −13	انظر أنماط اضمحلال D + s
ميزون B [ 40 ]	ب +	ب -	يو بي	5279.15 ± 0.31​​	١/٢​​​​	0 −	0	0	+1	(1.638 ± 0.011) × 10 −12	انظر ب +أنماط الاضمحلال
ميزون B [ 41 ]	ب ٠	ب ٠	د ب	5279.53 ± 33​​	١/٢​​​​	0 −	0	0	+1	(1.530 ± 0.009) × 10 −12	انظر B 0أنماط الاضمحلال
ميزون غريب من النوع B [ 42 ]	ب 0 ثانية	ب 0 ثانية	s b	5366.3 ± 0.6​​	0	0 −	- 1	0	+1	1.470 + 0.026 - 0.027 × 10⁻¹²	انظر أنماط اضمحلال B 0 s
ميزون B المسحور [ 43 ]	ب + ج	ب - ج	ج ب	6276 ± 4	0	0 −	0	+1	+1	(4.6 ± 0.7) × 10 −13	انظر أنماط التحلل B + c

^[أ] ^ القيمة غير دقيقة بسبب كتل الكواركات غير الصفرية. ^[ب] ^ يُبلغ برنامج PDG عن عرض الرنين ( _Γ ). هنا ، يُعطى التحويل τ = ħ / Γ بدلاً من ذلك. ^[ج] ^ حالة ذاتية قوية . لا ^يوجد عمر محدد (انظر ملاحظات الكاون أدناه). [ ^{د ]} ^ تُعطى كتلة K₀L و _K₀S على أنها كتلة ^K₀  ومع ذلك، من المعروف أن الفرق بين كتلتي K ⁰ _L و K ⁰ _S يبلغ حوالي^{توجد طاقة مقدارها} 2.2 × 10⁻¹¹ ميغا إلكترون فولت/ ثانية  . ^{[ 36 ] [e]} ^ حالة ذاتية ضعيفة . يفتقر التكوين إلى حد صغير ينتهك تناظر الشحنة الزوجية (انظر الملاحظات حول الكاونات المحايدة أدناه).

اسم الجسيم	رمز الجسيم	رمز الجسيم المضاد	محتوى الكوارك	كتلة السكون ( MeV / c 2 )	أنا جي	لجنة التحقيق المشتركة	S	ج	ب	متوسط ​​العمر ( ثانية )	يتحلل عادةً إلى (>5% من حالات التحلل)
ميزون رو المشحون [ 44 ]	ρ +(770)	ρ −(770)	u d	775.4 ± 0.4	1 +	1 −	0	0	0	~4.5 × 10 −24 [f] [g]	π ±+ π 0
ميزون رو المحايد [ 44 ]	ρ 0(770)	الذات	${\displaystyle \mathrm {\tfrac {u{\bar {u}}-d{\bar {d}}}{\sqrt {2}}} }$	775.49 ± 0.34	1 +	1 − −	0	0	0	~4.5 × 10 −24 [f] [g]	π ++ π −
أوميغا ميسون [ 45 ]	ω (782)	الذات	${\displaystyle \mathrm {\tfrac {u{\bar {u}}+d{\bar {d}}}{\sqrt {2}}} }$	782.65 ± 0.12	0 −	1 − −	0	0	0	(7.75 ± 0.07) × 10 −23 [f]	π ++ π 0+ π −أو π 0+ γ
ميزون فاي [ 46 ]	ϕ (1020)	الذات	س س	1 019 .445 ± 0.020	0 −	1 − −	0	0	0	(1.55 ± 0.01) × 10 −22 [f]	ك ++ K −أو K 0 S + K 0 L أو ( ρ + π ) / ( π ++ π 0+ π −)
J/Psi [ 47 ]	J/ ψ	الذات	نسخة​	3096.916 ± 0.011​​	0 −	1 − −	0	0	0	(7.1 ± 0.2) × 10 −21 [f]	انظر أنماط اضمحلال J/ ψ (1S)
ميزون أبسيلون [ 48 ]	ϒ (1S)	الذات	ب ب	9460.30 ± 0.26​​	0 −	1 − −	0	0	0	(1.22 ± 0.03) × 10 −20 [f]	انظر أنماط اضمحلال ϒ (1S)
كاون [ 49 ]	K ∗ +	K ∗ −	نحن​	891.66 ± 0.026	١/٢​​​​	1 −	1	0	0	~1.3 × 10 −23 [f] [g]	انظر K ∗(892) أنماط الاضمحلال
كاون [ 49 ]	K ∗ 0	K ∗ 0	د س	896.00 ± 0.025	١/٢​​​​	1 −	1	0	0	~1.3 × 10 −23 [f]	انظر K ∗(892) أنماط الاضمحلال
ميزون D [ 50 ]	D ∗ +(2010)	D ∗ −(2010)	ج د	2010.27 ± 0.17​​	١/٢​​​​	1 −	0	+1	0	(6.9 ± 1.9) × 10 −21 [f]	D 0+ π +أو د ++ π 0
ميزون D [ 51 ]	D ∗ 0(2007)	D ∗ 0(2007)	ج يو	2006.97 ± 0.19​​	١/٢​​​​	1 −	0	+1	0	>3.1 × 10 −22 [f]	D 0+ π 0أو D 0+ γ
ميزون D غريب [ 52 ]	D ∗ + s	D ∗ − s	ج س	2 112 .3 ± 0.5	0	1 −	+1	+1	0	>3.4 × 10 −22 [f]	D ∗ ++ γ أو D ∗ ++ π 0
ميزون B [ 53 ]	ب ∗ +	ب ∗ −	يو بي	5325.1 ± 0.5​​	١/٢​​​​	1 −	0	0	+1	مجهول	ب ++ γ
ميزون B [ 53 ]	ب ∗ 0	ب ∗ 0	د ب	5325.1 ± 0.5​​	١/٢​​​​	1 −	0	0	+1	مجهول	ب ٠+ γ
ميزون B غريب [ 54 ]	ب * 0 ثانية	ب * 0 ثانية	s b	5412.8 ± 1.3​​	0	1 −	- 1	0	+1	مجهول	B 0 s + γ
ميزون بي المسحور †	ب * + ج	ب ∗ − ج	ج ب	مجهول	0	1 −	0	+1	+1	مجهول	مجهول

^[و] ^ يُبلغ برنامج PDG عن عرض الرنين (Γ). هنا ، يُعطى التحويل τ = ħ / Γ ^{بدلاً من ذلك. [ز]} ^ تعتمد القيمة الدقيقة على الطريقة المستخدمة. راجع المرجع المذكور لمزيد من التفاصيل.  

هناك تعقيدان يتعلقان بالكاونات المحايدة : ^{[ 55 ]}

• بسبب اختلاط الكاونات المحايدة ، فإنّ K₀S و K₀L ليستا ^حالتين ذاتيتين للغرابة _. مع ذلك ، فهما حالتان ^{ذاتيتان} للقوة الضعيفة ، _التي تحدد كيفية اضمحلالهما ، لذا فهما جسيمات ذات عمر محدد .
• إنّ التركيبات الخطية الواردة في الجدول للكيونات K₀S و _K₀L ليست دقيقة تمامًا، نظرًا لوجود تصحيح طفيف ناتج عن انتهاك تناظر الشحنة الزوجية (CP) ^. انظر _: انتهاك ^تناظر الشحنة الزوجية في الكاونات .

تجدر الإشارة إلى أن هذه المشكلات موجودة من حيث المبدأ أيضاً بالنسبة للميزونات المحايدة الأخرى ذات النكهات المختلفة ؛ ومع ذلك، تُعتبر الحالات الذاتية الضعيفة جسيمات منفصلة فقط بالنسبة للكاونات بسبب اختلاف أعمارها بشكل كبير. ^{[ 55 ]}