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 [math]\displaystyle{ \Upsilon(1S) }[/math]

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:

[math]\displaystyle{ \sigma(E)=\sigma_0\frac{\left(\frac{\Gamma}{2}\right)^2}{(E-E_0)^2+\left(\frac{\Gamma}{2}\right)^2} }[/math]

Максимальное сечение [math]\displaystyle{ \sigma(E_0)=\sigma_0 }[/math] соответствует резонансу с энергией [math]\displaystyle{ E_0 }[/math] и шириной [math]\displaystyle{ \Gamma }[/math]. Ширина резонанса, выражаемая в единицах энергии соответствует его среднему времени жизни [math]\displaystyle{ \tau }[/math]:

[math]\displaystyle{ \tau=\frac{\hbar}{\Gamma} }[/math]

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 [math]\displaystyle{ n^{2S+1}L_J }[/math], где:

• [math]\displaystyle{ n }[/math] — главное квантовое число,
• [math]\displaystyle{ S }[/math] — спиновое квантовое число (0 или 1 — для мезонов, ¹⁄₂ или ³⁄₂ — для барионов),
• [math]\displaystyle{ L }[/math] — орбитальное квантовое число,
• [math]\displaystyle{ J=|L\pm S| }[/math] — 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 [math]\displaystyle{ q\tilde{q} }[/math] и [math]\displaystyle{ qqq }[/math] 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 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, тетракварков, экзотических мезонов и их резонансов принята следующая схема обозначения:

[math]\displaystyle{ I }[/math]	Кварковый состав	J PC
		(0, 1…)− +	(0, 1…)+ −	(0, 1…)− −	(0, 1…)+ +
[math]\displaystyle{ I=1 }[/math]	[math]\displaystyle{ \mathrm{u\tilde{u}} }[/math] и [math]\displaystyle{ \mathrm{d\tilde{d}} }[/math]	[math]\displaystyle{ \pi }[/math]	[math]\displaystyle{ b }[/math]	[math]\displaystyle{ \rho }[/math]	[math]\displaystyle{ a }[/math]
	[math]\displaystyle{ \mathrm{c\tilde{c}} }[/math]	[math]\displaystyle{ \Pi_c }[/math]	[math]\displaystyle{ Z_c }[/math]	[math]\displaystyle{ R_c }[/math]	[math]\displaystyle{ W_c }[/math]
	[math]\displaystyle{ \mathrm{b\tilde{b}} }[/math]	[math]\displaystyle{ \Pi_b }[/math]	[math]\displaystyle{ Z_b }[/math]	[math]\displaystyle{ R_b }[/math]	[math]\displaystyle{ W_b }[/math]
	[math]\displaystyle{ \mathrm{t\tilde{t}} }[/math]	[math]\displaystyle{ \Pi_t }[/math]	[math]\displaystyle{ Z_t }[/math]	[math]\displaystyle{ R_t }[/math]	[math]\displaystyle{ W_t }[/math]
[math]\displaystyle{ I=0 }[/math]	[math]\displaystyle{ \mathrm{u\tilde{u}} }[/math], [math]\displaystyle{ \mathrm{d\tilde{d}} }[/math] и/или [math]\displaystyle{ \mathrm{s\tilde{s}} }[/math]	[math]\displaystyle{ \eta, \eta' }[/math]	[math]\displaystyle{ h, h' }[/math]	[math]\displaystyle{ \omega, \phi }[/math]	[math]\displaystyle{ f, f' }[/math]
	[math]\displaystyle{ \mathrm{c\tilde{c}} }[/math]	[math]\displaystyle{ \eta_c }[/math]	[math]\displaystyle{ h_c }[/math]	[math]\displaystyle{ J/\psi,\psi }[/math]	[math]\displaystyle{ \chi_c }[/math]
	[math]\displaystyle{ \mathrm{b\tilde{b}} }[/math]	[math]\displaystyle{ \eta_b }[/math]	[math]\displaystyle{ h_b }[/math]	[math]\displaystyle{ \Upsilon }[/math]	[math]\displaystyle{ \chi_b }[/math]
	[math]\displaystyle{ \mathrm{t\tilde{t}} }[/math]	[math]\displaystyle{ \eta_t }[/math]	[math]\displaystyle{ h_t }[/math]	[math]\displaystyle{ \theta }[/math]	[math]\displaystyle{ \chi_t }[/math]

Литература

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