Список мезонов
Это список мезонов в физике элементарных частиц. Являются составными бозонами. Элементарные бозоны см. список бозонов. Объединение колонок «обозначение» и «античастица» в списке означает, что частица является античастицей сама себе.
Классификация и номенклатура
Классификация мезонов основана на их кварковом составе, в частности на ароматах составляющих их кварков. Из шести известных ароматов (верхний, нижний, странный, очарованный, прелестный и истинный) в образовании мезонов участвуют только пять, так как истинный кварк распадается слишком быстро и не успевает образовывать адроны[1]. Исторически для систематизации адронов была предложена кварковая модель, использующая группу симметрии SU(3)[2]. Эта симметрия возникает из-за близости масс трёх легчайших кварков (u, d и s).
Согласно симметрии SU(3), комбинации из трёх лёгких кварков и их антикварков образуют девять возможных состояний, которые группируются в мультиплеты: октет (восемь частиц) и синглет (одна частица), вместе составляющие нонет. Например, легчайшие псевдоскалярные мезоны (со спином 0 и чётностью −1), такие как пионы, каоны и эта-мезон, образуют октет, а вместе с η'-мезоном — нонет. Векторные мезоны (спин 1, чётность −1), такие как ρ- и ω-мезоны, также образуют нонет, но обладают большей массой из-за зависимости сильного взаимодействия от взаимной ориентации спинов кварков[3].
Современная номенклатура мезонов устанавливается международной группой Particle Data Group (PDG). Система обозначений базируется на квантовых числах частиц: кварковом составе, изоспине (I), полном угловом моменте (J), пространственной (P) и зарядовой (C) чётностях[4].
Мезоны без аромата (состоящие из u-, d-, s-кварков и их антикварков) обозначаются в зависимости от изоспина и комбинации чётностей. Для состояний с изоспином I=1 используются символы π, ρ, a, b; для состояний с I=0 — η, η', ω, φ, h, f. Полный угловой момент J обычно указывается в виде нижнего индекса (например, a0), однако для наиболее известных частиц (π, ρ) он опускается[4].
Мезоны с открытым ароматом содержат один тяжёлый кварк (s, c или b) и один лёгкий. Они обозначаются заглавными буквами: K (содержит странный кварк), D (очарованный) и B (прелестный). Если второй кварк также является тяжёлым, его символ добавляется в виде нижнего индекса (например, Ds или Bc). Возбуждённые состояния с «естественной» чётностью помечаются верхним индексом «*»[4].
Для резонансов масса частицы в МэВ/c² часто указывается в скобках (например, Υ(9460)). Если квантовые числа мезона не установлены, используется символ X с указанием массы, например, X(3872). Для экзотических мезонов с квантовыми числами, запрещёнными в простой кварковой модели, применяется основной символ обычного мезона с обязательным указанием спина. С открытием тетракварков в номенклатуру были введены символы Zc и Zb для обозначения изовекторных состояний в секторах чармония и боттомония[5].
Квантовые числа
Свойства мезонов характеризуются набором квантовых чисел, основными из которых являются полный момент импульса (J), пространственная чётность (P) и зарядовая чётность (C). Эти величины определяются внутренними свойствами и динамикой составляющих мезон кварка и антикварка. Полный момент импульса мезона (J) представляет собой векторную сумму полного спина кварка и антикварка (S) и их относительного орбитального момента (L). Поскольку кварки являются фермионами со спином 1/2, их суммарный спин S может быть равен 0 (антипараллельная ориентация, синглетное состояние) или 1 (параллельная ориентация, триплетное состояние)[6]. Орбитальный момент L принимает целочисленные значения (0, 1, 2, …). Возможные значения J лежат в диапазоне от |L − S| до L + S. Пространственная чётность (P) описывает поведение волновой функции при инверсии пространственных координат. По соглашению, собственная чётность кварка принимается равной +1, а антикварка — −1. С учётом орбитального момента пространственная чётность мезона вычисляется по формуле P = (−1)L+1[6]. Зарядовая чётность (C) характеризует поведение системы при зарядовом сопряжении (замене частиц на античастицы). Это квантовое число применимо только к истинно нейтральным мезонам, состоящим из кварка и антикварка одного аромата. Зарядовая чётность зависит как от орбитального движения, так и от взаимной ориентации спинов, и определяется по формуле C = (−1)L+S[6].
Таблица мезонов
| Частица | Обозначение | Анти- частица |
Кварковый состав |
Масса МэВ/c² |
S (странность) | C (очарование) | B (Прелесть) | время жизни, с |
Основные моды распада (>5 %) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Пион (пи-мезон) | π+ | π− | 139,57039(18)[7] | 0 | 0 | 0 | 2,6033(5)⋅10−8 | μ++νμ | |
| π0 | 134,9768(5)[7] | 0 | 0 | 0 | 0,84(5)⋅10−16 | 2γ | |||
| Каон (ка-мезон) | K+ | K− | 493,677(16) | +1 | 0 | 0 | 1,24⋅10−8 | μ++νμ π++π0 π0+e++νe | |
| 497,611(13)[7] | +1 | 0 | 0 | — | — | ||||
| 497,614(24) | +1 | 0 | 0 | 0,8953(5)⋅10−10 | π++π− π0+π0 | ||||
| 497,614(24) | +1 | 0 | 0 | 5,116(20)⋅10−8 | π±+e∓+νe π±+μ∓+νμ 3π0 π++π0+π− | ||||
| Эта-мезон | η0 | 547,862(17)[7] | 0 | 0 | 0 | 0,5⋅10−18 | |||
| Ро-мезон | ρ+ | ρ− | 776 | 0 | 0 | 0 | 0,4⋅10−23 | ||
| Фи-мезон | φ | 1019 | 0 | 0 | 0 | 16⋅10−23 | |||
| D-мезон | D+ | D− | 1869,66(5)[7] | 0 | +1 | 0 | 10,6⋅10−13 | ||
| D0 | 1864,84(5)[7] | 0 | +1 | 0 | 4,1⋅10−13 | ||||
| 1968 | +1 | +1 | 0 | 4,9⋅10−13 | |||||
| J/ψ-мезон | J/ψ | 3096,900(6)[7] | 1 | 0 | 0 | 7,2⋅10−21 | |||
| B-мезон | B− | B+ | 5279,34(12)[7] | 0 | 0 | −1 | 1,638⋅10−12[8] | ||
| B0 | 5279,66(12)[7] | 0 | 0 | −1 | 1,517⋅10−12[8] | ||||
| Ипсилон-мезон | Υ | 9460,30(26)[7] | 0 | 0 | 0 | 1,3⋅10−20 | |||
Экзотические состояния и мезонные ядра
В 2026 году международная группа исследователей получила первые экспериментальные доказательства существования экзотического состояния — эта-штрих (η') мезонного ядра. Результаты эксперимента, проведённого в Центре по изучению тяжёлых ионов имени Гельмгольца (GSI) в Германии, были опубликованы в журнале Physical Review Letters[9].
В ходе эксперимента мишень из углерода-12 бомбардировалась пучком протонов высокой энергии. В результате взаимодействия образовывались η'-мезоны, которые с определённой вероятностью формировали крайне короткоживущее связанное состояние с ядром изотопа углерода-11. Поскольку η'-мезон является электрически нейтральной частицей, его связь с ядром осуществляется исключительно за счёт сильного взаимодействия[10].
Одним из ключевых выводов исследования стало наблюдение эффекта уменьшения массы η'-мезона внутри плотной ядерной среды. Масса кварков составляет лишь около 1 % от полной массы η'-мезона в свободном состоянии, тогда как остальная часть генерируется за счёт энергии сильного взаимодействия. Эксперимент показал, что в условиях экстремальной плотности внутри атомного ядра свойства сильного взаимодействия изменяются, что приводит к уменьшению массы частицы. Это явление связывают с частичным восстановлением киральной симметрии, что позволяет изучать механизмы происхождения массы адронов[9][10][11].
Исследования и аномалии в распадах
Ранее наблюдавшиеся аномалии лептонной универсальности в распадах B-мезонов были разрешены коллаборацией LHCb и признаны статистической флуктуацией после более точного анализа полного набора данных[12].[13]
В апреле 2026 года были обнаружены новые статистически значимые аномалии, связанные с нарушением CP-симметрии в распадах B-мезонов. Отклонения от предсказаний Стандартной модели, зафиксированные на детекторе LHCb, достигли уровня в 4 стандартных отклонения (4 сигмы). Эти результаты согласуются с данными эксперимента CMS за 2025 год и могут указывать на влияние ранее неизвестных частиц или взаимодействий[14].[15]