Резонансы

Слово «Резонанс» имеет и другие значения.

Резонанс (резонон) — короткоживущие возбуждённые состояния адронов. Большинство известных частиц являются резонансами.

Посередине графика виден пик, отвечающий ипсилон-резонансу $\mathrm{{\rm Y}<!--\; {\rm Y}\; -->}(1S)$$\Upsilon (1S)$

Время жизни резонансов: 10⁻²²—10⁻²⁴ с, поэтому их невозможно наблюдать непосредственно в виде треков на детекторах. Они определяются как пики в полном сечении образования вторичных частиц:

$\mathrm{\sigma <!--\; \sigma \; -->}(E)={\mathrm{\sigma <!--\; \sigma \; -->}}_0\frac{{\left(\frac{\mathrm{\Gamma <!--\; \Gamma \; -->}}{2}\right)}^2}{(E-<!--\; -\; -->E_0{)}^2+{\left(\frac{\mathrm{\Gamma <!--\; \Gamma \; -->}}{2}\right)}^2}$$\sigma (E)=\sigma _{0}{\frac {\left({\frac {\Gamma }{2}}\right)^{2}}{(E-E_{0})^{2}+\left({\frac {\Gamma }{2}}\right)^{2}}}$

Максимальное сечение $\mathrm{\sigma <!--\; \sigma \; -->}(E_0)={\mathrm{\sigma <!--\; \sigma \; -->}}_0$$\sigma (E_{0})=\sigma _{0}$ соответствует резонансу с энергией $E_0$$E_{0}$ и шириной $\mathrm{\Gamma <!--\; \Gamma \; -->}$$\Gamma$. Ширина резонанса, выражаемая в единицах энергии соответствует его среднему времени жизни $\mathrm{\tau <!--\; \tau \; -->}$$\tau$:

$\mathrm{\tau <!--\; \tau \; -->}=\frac{\mathrm{\hslash <!--\; \hslash \; -->}}{\mathrm{\Gamma <!--\; \Gamma \; -->}}$$\tau ={\frac {\hbar }{\Gamma }}$

Резонансы аналогичны возбуждённым состояниям атома: когда электрон поглощает энергию и переходит на другой более высокий энергетический уровень. Подобные возбуждённые состояния, называемые изомерами, существуют и у атомных ядер. Аналогично электрону в атоме или нуклону в ядре, кварки, получая достаточную порцию энергии, также переходят на другой энергетический уровень. Обычные же (метастабильные) частицы при этом являются основными состояниями кварковой системы. Соответственно, резонансы можно описывать спектральными термами $n^{2S+1}{L}_J$$n^{{2S+1}}L_{J}$, где:

• $n$$n$ — главное квантовое число,
• $S$$S$ — спиновое квантовое число (0 или 1 — для мезонов, ¹⁄₂ или ³⁄₂ — для барионов),
• $L$$L$ — орбитальное квантовое число,
• $J=|L\pm <!--\; \pm \; -->S|$$J=|L\pm S|$ — внутреннее квантовое число (соответствует спину самого резонанса).

В отличие от электрического поля внутри атома, теория которого довольно проста, кварки находятся в глюонном поле, расчёт которого представляет довольно большую сложность. Поэтому крайне сложно заранее предсказать спектр возбуждения кварковой системы, хотя в большинстве случаев он хорошо описывается теорией полюсов Редже. Также среди резонансов, помимо чистых $q\stackrel{~<!--\; ~\; -->}{q}$$q{\tilde {q}}$ и $qqq$$qqq$ состояний, встречаются также системы с дополнительными кварками (тетракварк, пентакварк) и глюонной примесью (глюбол). В связи с этим каждый новый резонанс до сих пор является своего рода сюрпризом для физиков.

Номенклатура резонансовПравить

Резонансы обозначаются как и обычные частицы, но за символом в скобках указывается их масса в МэВ. Раньше символ резонанса дополнялся звёздочкой, но сейчас она редко используется.

Для нейтральных мезонов, тетракварков, экзотических мезонов и их резонансов принята следующая схема обозначения:

$I$$I$	Кварковый состав	J PC
(0, 1…)− +	(0, 1…)+ −	(0, 1…)− −	(0, 1…)+ +
$I=1$$I=1$	$\mathrm{u}\stackrel{~<!--\; ~\; -->}{\mathrm{u}}$${\mathrm {u{\tilde {u}}}}$  и $\mathrm{d}\stackrel{~<!--\; ~\; -->}{\mathrm{d}}$${\mathrm {d{\tilde {d}}}}$	$\mathrm{\pi <!--\; \pi \; -->}$$\pi$	$b$$b$	$\mathrm{\rho <!--\; \rho \; -->}$$\rho$	$a$$a$
$\mathrm{c}\stackrel{~<!--\; ~\; -->}{\mathrm{c}}$${\mathrm {c{\tilde {c}}}}$	${\mathrm{\Pi <!--\; \Pi \; -->}}_c$$\Pi _{c}$	$Z_c$$Z_{c}$	$R_c$$R_{c}$	$W_c$$W_{c}$
$\mathrm{b}\stackrel{~<!--\; ~\; -->}{\mathrm{b}}$${\mathrm {b{\tilde {b}}}}$	${\mathrm{\Pi <!--\; \Pi \; -->}}_b$$\Pi _{b}$	$Z_b$$Z_{b}$	$R_b$$R_{b}$	$W_b$$W_{b}$
$\mathrm{t}\stackrel{~<!--\; ~\; -->}{\mathrm{t}}$${\mathrm {t{\tilde {t}}}}$	${\mathrm{\Pi <!--\; \Pi \; -->}}_t$$\Pi _{t}$	$Z_t$$Z_{t}$	$R_t$$R_{t}$	$W_t$$W_{t}$
$I=0$$I=0$	$\mathrm{u}\stackrel{~<!--\; ~\; -->}{\mathrm{u}}$${\mathrm {u{\tilde {u}}}}$ , $\mathrm{d}\stackrel{~<!--\; ~\; -->}{\mathrm{d}}$${\mathrm {d{\tilde {d}}}}$  и/или $\mathrm{s}\stackrel{~<!--\; ~\; -->}{\mathrm{s}}$${\mathrm {s{\tilde {s}}}}$	$\mathrm{\eta <!--\; \eta \; -->},{\mathrm{\eta <!--\; \eta \; -->}}^{\prime }$$\eta ,\eta '$	$h,h^{\prime }$$h,h'$	$\mathrm{\omega <!--\; \omega \; -->},\mathrm{\varphi <!--\; \varphi \; -->}$$\omega ,\phi$	$f,f^{\prime }$$f,f'$
$\mathrm{c}\stackrel{~<!--\; ~\; -->}{\mathrm{c}}$${\mathrm {c{\tilde {c}}}}$	${\mathrm{\eta <!--\; \eta \; -->}}_c$$\eta _{c}$	$h_c$$h_{c}$	$J/\mathrm{\psi <!--\; \psi \; -->},\mathrm{\psi <!--\; \psi \; -->}$$J/\psi ,\psi$	${\mathrm{\chi <!--\; \chi \; -->}}_c$$\chi _{c}$
$\mathrm{b}\stackrel{~<!--\; ~\; -->}{\mathrm{b}}$${\mathrm {b{\tilde {b}}}}$	${\mathrm{\eta <!--\; \eta \; -->}}_b$$\eta _{b}$	$h_b$$h_{b}$	$\mathrm{{\rm Y}<!--\; {\rm Y}\; -->}$$\Upsilon$	${\mathrm{\chi <!--\; \chi \; -->}}_b$$\chi _{b}$
$\mathrm{t}\stackrel{~<!--\; ~\; -->}{\mathrm{t}}$${\mathrm {t{\tilde {t}}}}$	${\mathrm{\eta <!--\; \eta \; -->}}_t$$\eta _{t}$	$h_t$$h_{t}$	$\mathrm{\theta <!--\; \theta \; -->}$$\theta$	${\mathrm{\chi <!--\; \chi \; -->}}_t$$\chi _{t}$

ЛитератураПравить

• Резонансы — статья из Физической энциклопедии
• Коккедэ Я. Теория кварков. — М.: Мир, 1971. — 341 с.