Mesonid — kvarkide ja antikvarkide põhitõed
Mesonid: kvarkide ja antikvarkide koostis, annihilatsioon, spinn ja massisuhted — põnev sissevaade subatomaarsesse maailma ja Higgsi-laadsetesse nähtustesse.
Mesonid on väikeseid, tugeva tuumajõu poolt seotud hadroneid osakesi, mis koosnevad ühest kvarkist ja ühest antikvargist. Need osakesed ei ole leptonid nagu elektronid, vaid kuuluvad hadronite hulka koos prootonidega ja teiste baryonidega (baryonideks nimetatavad osakesed).
Antikvark on kvargi antipartikkel: tal on kvargiga võrreldes vastupidised kvantarvud (näiteks elektrilaeng ja värlaeng ehk „color charge”), kuid sama pooltäisarvuline spinn (kvarkidel/antikvarkidel on spinn 1/2). Kvark ja antikvark võivad omavahel anihileeruda, kui nende kvantarvud sobivad, kuid see ei tähenda, et kõik mesonid hävineksid kohe — paljude mesonide eluea määravad nende lagunemisteede tüübid (tugev, elektromagnetiline või nõrk interaktsioon) ja need eluead võivad ulatuda väga lühikestest (~10^−24 s) kuni oluliselt pikemate väärtusteni.
Mesonid on üldiselt bosonid, sest kvargi ja antikvargi spinni vektorkombinatsioonist tekib täisarvuline totaalne spinn (näiteks pseudoskalaarsed mesonid J^P = 0^− või vektorse mesonid J^P = 1^−). Mesonide omadusi määravad lisaks spinile ka teised kvantarvud nagu isospin, strangeness, charm, bottom jm, mis sõltuvad selles osalevate kvarkide tüübist (flavour).
Neid osakesi hoiavad koos gluonid ja tugev tuumajõud (kvantkromodünaamika — QCD) ning mesonide uurimine annab olulist teavet värlaengu, konfinemendi ja jõujoonte kohta. Eraldi rühmad on näiteks sümmeetrilised quark–antikvark paarid samast maitsest (nagu charmonium ja bottomonium — J/ψ, ϒ) ning valgemate flavour’idega mesonid nagu pionid ja kaonid. Pionid (π) on näited kergematest mesonidest ja nad mängivad tähtsat rolli nukleoni-vahendatud residuaalse tuumajõu kirjeldamisel (Yukawa-vahendus).
Termin meson pärineb kreeka keelest sõnast „mesos” — „keskmine”, kuna esimestena avastatud mesonide massid jäid vahemikku, mis oli raskemate baryonide ja kergemate leptonite vahepeal. See nimetus peegeldab ajaloolist vaatlust, mitte mingit seost näiteks Higgsi bosoniga; mesonide kvantolekud ei „moodusta” Higgsi bosoni.
Mesoneid toodetakse ja uuritakse kiirendajates, kosmiliste kiirte vastasmõjus Maa atmosfääriga ning raskeosakestega kokkupõrgetes. Mõned oluline nähtused, mille kaudu mesonid on teaduses tähtsad, on näiteks CP-rikkumine kaonide ja B-mesonide süsteemides, samuti kvarkide sidumine ja hadroniseerumine pärast kõrgeenergeetilisi kokkupõrkeid.
Kokkuvõtlikult: mesonid on kvark–antikvark paaridest moodustunud hadronid, mille omadused sõltuvad osalevate kvarkide tüübist, spinnist, värlaengust ja vastavatest interaktsioonidest; nende uurimine annab põhiteadmisi tugeva vastasmõju ja elementaarosakeste füüsika kohta.
Mesoonide spinn
Mesonid on hadronid, mis tähendab lihtsalt, et nad koosnevad kvarkidest. Kuna kvarkidel on erinevad murdlaengud, võivad mesonid omada laengut. Kvarkide laengud võivad aga tühistuda, moodustades laenguta mesooni. Ülejäänud hadronite perekonda kuuluvad baryonid, mis koosnevad kolmest kvargist. Kuna kõik kvargid on spinniga 1/2, ei saa kolm neist kunagi kokku täisarvulist spinni. Terviklik spinn on lihtsalt 0, 1 või 2. Tervikliku spinniga osakesi nimetatakse bosoonideks, mis järgivad Bose-Einsteini statistikat. See tähendab, et rohkem kui üks boson võib tegelikult olla korraga ühes ja samas ruumipunktis. Meson koosneb aga ühest kvarkist ja ühest antikvargist, millel kummalgi ei ole täisarvulist spinni. Osakeste, millel ei ole täisarvulist spinni, spinniks on 1/2 või 3/2. Neid 1/2 spinniga osakesi nimetatakse fermioonideks, sest nad alluvad Fermi-Diraci statistikale. See tähendab, et rohkem kui üks fermion ei saa olla korraga ühes ja samas ruumipunktis. Kõik teadaolevad baryonid ja kvarkid (ja antikvarkid) on fermionid ja kõik mesonid on bosonid. See võib olla väga segane, sest see tähendab, et rohkem kui üks meson võib olla korraga samas ruumipunktis, kuid kvarkid, millest mesonid koosnevad, ei saa olla korraga samas ruumipunktis.
Mesoonide loomine
Kõige tavalisem looduslik viis, kuidas me leiame mesoone, on kosmilise kiirguse ja aine vastastikmõju. Seda protsessi saab dubleerida osakeste kiirendites, mis purustavad suure energiaga kvarkide ja antikvarke. Kuid mesonid on väga ebastabiilsed ja muutuvad kiiresti teisteks osakesteks. Laetud mesonid võivad laguneda elektronideks ja neutriinodeks ning laenguta mesonid võivad laguneda footoniteks. Kuna antiaine hävitab ainet, tekib suur hulk energiat. Energia järgib võrrandit E=mc2 .
| · v · t · e Osakesed füüsikas | |||||||||||||
| |||||||||||||
| Komposiit |
| ||||||||||||
| |||||||||||||
Küsimused ja vastused
K: Mis on mesoonid?
V: Mesonid on uskumatult väikesed subatomaarsed osakesed, mis koosnevad ühest kvarkist ja ühest antikvargist.
K: Mis on antikvark?
V: Antikvark on tavalise kvarki antiaine vaste.
K: Kuidas kvadriku ja antikvarkide spinnid omavahel suhtlevad?
V: Kvarkide ja antikvargide spinnid võivad üksteist neutraliseerida, mis moodustab Higgsi bosoni sarnase osakese.
K: Kust tuleb nimetus "meson"?
V: Nimi meson pärineb kreeka keelest "mesos", mis tähendab keskmist.
K: Miks mesoonidele selline nimi anti?
V: Mesoonid said selle nime, sest esimeste avastatud mesoonide massid olid kergete osakeste, nagu elektronid, mida nimetatakse leptoniteks, ja raskete osakeste, nagu prootonid, mida nimetatakse baryonideks, massi vahel.
K: Mis on leptonid?
V: Leptoonid on kerged osakesed nagu elektronid.