Резонансы

Резонанс — элементарная частица, представляющая собой возбуждённое состояние адрона. Большинство известных частиц являются резонансами.

Посередине графика виден пик, отвечающий ипсилон-резонансу $\Upsilon(1S)$

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:

$\sigma(E)=\sigma_0\frac{\left(\frac{\Gamma}{2}\right)^2}{(E-E_0)^2+\left(\frac{\Gamma}{2}\right)^2}$

Максимальное сечение $\sigma(E_0)=\sigma_0$ соответствует резонансу с энергией $E_0$ и шириной $\Gamma$. Ширина резонанса, выражаемая в единицах энергии соответствует его среднему времени жизни:

$\tau=\frac{\hbar}{\Gamma}$

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 $n^{2S+1}L_J$, где:

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

В отличие от электрического поля внутри атома, теория которого довольно проста, кварки находятся в глюонном поле, а описание представляет довольно большую сложность. Поэтому невозможно заранее предсказать спектр возбуждения кварковой системы. В связи с этим каждый новый резонанс до сих пор является своего рода сюрпризом для физиков. Сложность представляет даже отделение чистых $q\tilde{q}$ и $qqq$ состояний от систем с дополнительными кварками (тетракварк, пентакварк) и глюонной примесью (глюбол).

Номенклатура резонансов

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 и их резонансов принята следующая схема обозначения:^[1]

	Кварковый состав	$S=0$ $L$ — чётное	$S=0$ $L$ — нечётное	$S=1$ $L$ — чётное	$S=1$ $L$ — нечётное
$I=1$	$\mathrm{u\tilde{u}}$ и $\mathrm{d\tilde{d}}$	$\pi$	$b$	$\rho$	$a$
$I=0$	$\mathrm{u\tilde{u}}$, $\mathrm{d\tilde{d}}$ и/или $\mathrm{s\tilde{s}}$	$\eta, \eta'$	$h, h'$	$\omega, \phi$	$f, f'$
	$\mathrm{c\tilde{c}}$	$\eta_c$	$h_c$	$J/\psi,\psi$	$\chi_c$
	$\mathrm{b\tilde{b}}$	$\eta_b$	$h_b$	$\Upsilon$	$\chi_b$
	$\mathrm{t\tilde{t}}$	$\eta_t$	$h_t$	$\theta$	$\chi_t$

Примечания

1. ↑ Naming scheme for hadrons

Литература

• Резонансы — статья из Физической энциклопедии