Кіріспе

Құрамында кварк пен оның бірдей иісі бар антикварктан тұратын мезон. Бөлшек физикасында кваркония (кварк және -onium сөздерінен, көпше түрі – кваркониялар) – дәмсіз мезон, құрамында ауыр кварк пен оның өзіндік антикварк болады, бұл оны бейтарап бөлшек және оның өзінің антибөлшегі етеді. "Кваркония" атауы электрон мен антиэлектронның байланысқан күйі – позитронийге ұқсас. Бұл бөлшектер материя мен антиматерияның жойылуына байланысты қысқа өмір сүреді.

Жеңіл кварктар

Жеңіл кварктар (жоғарғы, төменгі және таңғажайып) ауыр кварктардан әлдеқайда жеңіл, сондықтан тәжірибелерде байқалатын физикалық күйлер (η, η′ және π0 мезондары) жеңіл кварк күйлерінің кванттық-механикалық араласуы болып табылады. Шарм және төмен кварктар мен жеңіл кварктар арасындағы айқын масса айырмашылығы белгілі бір дәмді кварк-антикварк жұбымен анықталатын күйлерге алып келеді.

Ауыр кварктар

Кварконияның мысалдары: J/ψ мезоны (хармонияның негізгі күйі,) және мезон (ботомоний, ). Жоғарғы кварктің үлкен массасы болғандықтан, топоний (θ мезоны) жоқ, себебі жоғарғы кварк байланысқан күйге түсуге үлкермес бұрын электрожұқ әрекеттесу арқылы ыдырайды (күшті процестен гөрі жылдам өтетін әлсіз процестің сирек мысалы). Көбінесе "кваркония" термині тек хармония мен ботомонияға қатысты қолданылады, ал жеңіл кварк-антикварк күйлеріне емес.

Топоний

Тета-мезон табиғатта байқалған жоқ және болашақта да байқалмайды деп күтілуде, себебі жоғарғы кварктар мезон құралып, байқалуға жетпейтіндей жылдам ыдырайды.

ККД және кварконий

Кванттық хромодинамикадағы (QCD) мезондардың қасиеттерін есептеу толығымен бұзғыш емес есептеу болып табылады. Осының салдарынан, қол жетімді жалғыз жалпы әдіс – торлы QCD (LQCD) техникаларын қолдана отырып тікелей есептеу. Дегенмен, ауыр кварконий үшін басқа да техникалар да тиімді. Мезондағы жеңіл кварктар релятивистік жылдамдықпен қозғалады, себебі байланысқан күйдің массасы кварк массасынан әлдеқайда үлкен. Алайда, шарм және төменгі кварктардың жылдамдығы олардың тиісті кварконияларында релятивистік эффектілердің осы күйлерде айтарлықтай төмендеуі үшін жеткілікті кішкентай. Жылдамдық, v, шамамен шармония үшін жарық жылдамдығынан 0,3 есе, ал ботония үшін жарық жылдамдығынан 0,1 есе кем деп есептеледі. Осылайша, есептеуді v және v²/c² қабаттары бойынша кеңейту арқылы жуықтауға болады. Бұл техника релятивистік емес QCD (NRQCD) деп аталады. NRQCD сондай-ақ LQCD есептеулері үшін тағы бір әдіс ұсынатын торлы өлшегіш теориясы ретінде квантталуы мүмкін. Ботоний массаларымен жақсы сәйкестік табылды, бұл LQCD-нің ең жақсы бұзғыш емес сынақтарының бірі болып табылады. Шармоний массалары үшін сәйкестік осы деңгейде жақсы емес, бірақ LQCD қауымдастығы өз әдістерін жақсарту бойынша белсенді жұмыс істеп жатыр. Сондай-ақ, кваркония күйлерінің ені және күйлер арасындағы өту жылдамдықтары сияқты қасиеттерді есептеу жұмыстары жүргізілуде. Алғашқы, бірақ әлі де тиімді техника кварконий күйлерінің массасын есептеу үшін тиімді потенциалдың модельдерін қолданады. Бұл техникада кварктардың қозғалысы релятивистік емес деп қарастырылады, олар статикалық потенциалда қозғалады деп болжанады, бұл релятивистік емес сутек атомы модельдеріне ұқсас. Ең танымал потенциалдық модельдердің бірі – Корнелл (немесе воронка) потенциалы:

V(r) = -α/r + br,

мұнда r – кварконий күйінің тиімді радиусы, ал α және b – параметрлер. Бұл потенциал екі бөліктен тұрады. Бірінші бөлігі, -α/r, кварк пен оның антикваркі арасындағы бір глюон алмасуынан туындаған потенциалға сәйкес келеді және потенциалдың Кулондық бөлігі ретінде белгілі, себебі оның түрі электромагниттік күшпен туындаған белгілі Кулондық потенциалына ұқсас. Екінші бөлігі, br, потенциалдың оқшаулау бөлігі ретінде белгілі және QCD-нің жақсы түсінілмеген бұзғыш емес эффектілерін параметрлейді. Әдетте, бұл тәсілді қолданғанда, кварктардың толқындық функциясы үшін ыңғайлы форма таңдалады, содан кейін α және b есептеулер нәтижелерін жақсы өлшенген кварконий күйлерінің массаларымен сәйкестендіру арқылы анықталады. Релятивистік және басқа да эффектілерді потенциалға қосымша мүшелерді қосу арқылы осы тәсілге енгізуге болады, бұл релятивистік емес кванттық механикадағы сутек атомы моделі үшін жасалатын сияқты. Бұл форма Sumino (2003) жұмысы бойынша QCD-ден алынған. Ол кең таралған, себебі ол ұзақ торлық есептеулерсіз кварконий параметрлерін дәл болжауға мүмкіндік береді және қысқа қашықтықтағы Кулондық эффектілер мен ұзақ қашықтықтағы оқшаулау эффектілерін ажыратуға мүмкіндік береді, бұл QCD-мен туындаған кварк/антикварк күшін түсіну үшін пайдалы. Кваркониялар кварк-глюон плазмасының пайда болуын диагностикалау құралы ретінде ұсынылған: плазмадағы ауыр кварктардың мөлшеріне байланысты олардың пайда болуын жоғалту және күшейту процестері жүзеге асуы мүмкін.