Кіріспе

Субатомдық бөлшек; тең мөлшерде кварктар мен антикварктардан тұрады.
Субатомдық бөлшек

Бөлшек физикасында мезон (/ˈmɪzɒn/, /ˈmezɒn/) – кварктар мен антикварктардың тең санынан құралған, әдетте әрқайсысынан біреуден, күшті өзара әрекеттесу арқылы байланысқан хадрондық субатомдық бөлшек. Мезондар кварк суббөлшектерінен құралғандықтан, олардың физикалық мөлшері маңызды, диаметрі шамамен бір фемтометр (10⁻¹⁵ м), бұл протон немесе нейтронның шамамен 0,6 есе үлкені. Барлық мезондар тұрақсыз, ең ұзақ өмір сүруі тек бірнеше оннан бір бөлігі наносекундқа созылады. Ауыр мезондар жеңіл мезондарға, содан соң тұрақты электрондарға, нейтринолар мен фотондарға ыдырайды. Ядродан тыс мезондар табиғатта тек кварктардан жасалған бөлшектер арасындағы өте жоғары энергиялы соқтығысулардың қысқа мерзімді өнімдері ретінде пайда болады, мысалы, ғарыш сәулелері (жоғары энергиялы протондар мен нейтрондар) және бариондық материя. Мезондар циклотрондарда немесе басқа да бөлшектерді жеделдетушілерде протондардың, антипротондардың немесе басқа да бөлшектердің соқтығысуы кезінде әдетте жасанды түрде пайда болады. Биг-Бэнг кезінде жоғары энергиялы (көп салмақты) мезондар бір сәтке пайда болды, бірақ олар табиғатта бүгінгі күні рөл атқармайды деп есептеледі. Алайда, мұндай ауыр мезондар жиі бөлшектер үдеткіш эксперименттерде пайда болады, олар ауыр мезондарды құрайтын ауыр кварктердің табиғатын зерттейді. Мезондар - адрондық бөлшектер отбасының бір бөлігі, олар екі немесе одан да көп кварктерден тұратын бөлшектер ретінде қарапайым түрде анықталады. Адрондық отбасының басқа мүшелері - бариондар: валентті кварктардан (кем дегенде үштен) жұп емес санда тұратын субатомдық бөлшектер, ал кейбір эксперименттер экзотикалық мезондардың дәлелін көрсетеді, олардың екі кварктың (бір кварк пен бір антикварк) дәстүрлі валентті кварк құрамына ие емес, бірақ төрт немесе одан да көп. Кварктарда спин болғандықтан, мезондар мен бариондар арасындағы кварк санының айырмашылығы екі кварк мезонның бозон болуына әкеледі, ал бариондар фермион болып табылады. Мезонның әрбір түрі тиісті антибөлшекті (антимезон) құрайды, онда кварктар тиісті антикварктармен алмастырылады және керісінше. Мысалы, оң пион бір жоғары кварктан және бір төмен антикварктан тұрады; және оның сәйкес антибөлшегі, теріс пион, бір жоғары антикварктан және бір төмен кварктан тұрады. Мезондар кварктардан құралғандықтан, олар әлсіз өзара әрекеттесуде де, күшті өзара әрекеттесуде де қатысады. Электромагниттік өзара әрекеттесуге таза электр заряды бар мезондар да қатысады. Мезондар кварк құрамына, жалпы бұрыштық импульсіне, паритетке және басқа да қасиеттеріне, мысалы C паритет пен G паритетке сәйкес жіктеледі. Бірде-бір мезон тұрақты болмаса да, массасы аз мезондар массасы үлкен мезондарға қарағанда тұрақты, сондықтан оларды бөлшектер үдеткіштерде немесе ғарыштық сәулелер эксперименттерінде бақылау және зерттеу оңайырақ. Ең жеңіл мезондар тобы ең жеңіл бариондар тобынан салмағы аз, яғни оларды тәжірибеде оңай шығарады, сондықтан олар бариондарға қарағанда белгілі бір жоғары энергиялы құбылыстарды тез көрсетеді. Бірақ мезондар өте үлкен болуы мүмкін: мысалы, 1974 жылы алғаш рет байқалған шарм кваркі бар J/Psi мезоны атом ядроларын біріктіретін ядролық күшінің тасымалдаушысы ретінде "мезонның" бар екендігін және шамамен салмағын болжады. Егер ядролық күш болмаса, екі немесе одан да көп протоны бар барлық ядролар электромагниттік керілудің әсерінен бір-бірінен бөлініп кетеді. Юкава өзінің тасымалдаушы бөлшегін мезон деп атады, грекше μέσος mesos - "орталық" деген сөз, өйткені оның болжамды массасы электронның массасы мен протонның массасы арасындағы аралықта болды, ол электронның массасынан 1836 есе көп. Мюонды ашқан Юкава немесе Карл Дэвид Андерсон бастапқыда бөлшекті "мезотрон" деп атаған, бірақ оны физик Вернер Гейзенберг (аның әкесі Мюнхен университетінің грек профессоры болған) түзеткен. Гейзенберг грек тіліндегі "mesos" сөзінде "tr" жоқ екенін атап өтті. Юкава мезоны үшін бірінші үміткер, қазіргі терминологияда мюон деп аталады, оны 1936 жылы Карл Дэвид Андерсон және басқалар ғаламдық сәулелер өзара әрекеттесуінің ыдырауында тапты. "Му-мезон" ядролық күштің Юкаваның тасымалдаушысы болу үшін жеткілікті массаға ие болды, бірақ келесі онжылдықта бұл дұрыс бөлшек емес екені анық болды. Ақырында "му-мезонның" күшті ядролық өзара әрекеттесуге қатыспағаны анықталды, бірақ ол электрондардың ауыр нұсқасы сияқты әрекет етті және ақырында электрон сияқты мезон емес, лептон ретінде жіктелді. Физиктер бұл таңдауды жасау кезінде бөлшектердің массасынан басқа қасиеттер олардың жіктелуін бақылауы керек деп шешті. Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде...

Бастапқы изоспин моделі

Изоспин ұғымын алғаш рет 1932 жылы Вернер Гейзенберг протондар мен нейтрондардың күшті өзара әрекеттесуі кезіндегі ұқсастығын түсіндіру үшін ұсынды. Олардың электр заряды әр түрлі болғанымен, массалары өте ұқсас болғандықтан, физиктер оларды бір ғана бөлшек деп есептеді. Әр түрлі электр зарядтары спинге ұқсас белгісіз жағдайдың нәтижесі деп түсіндірілді. Бұл белгісіз жағдайды кейіннен 1937 жылы Юджин Вигнер изоспин деп атады. Алғашқы мезондар ашылғанда, олар да изоспин арқылы қарастырылды, сондықтан үш пион бірдей бөлшектер деп саналды, бірақ әртүрлі изоспин күйлерінде. Изоспиннің математикасы спиннің математикасына негізделген. Изоспин проекциялары спин сияқты 1-ге қадамдық өзгеретін, әр проекцияға "зарядталған күй" сәйкес келді. "Пион бөлшегінің" үш "зарядталған күйі" болғандықтан, оның изоспині 3 деп айтылды. Оның "зарядталған күйлері" , , және , тиісінше изоспин проекцияларына , және сәйкес келді. Тағы бір мысал – "rho бөлшегі", ол да үш зарядталған күйге ие. Оның "зарядталған күйлері" , , және , тиісінше изоспин проекцияларына , және сәйкес келеді.

Жіктеу

Мезондар изоспині (I), жалпы бұрыштық импульсі (J), паритеті (P), G паритеті (G) немесе C паритеті (C) (қолданылған жағдайда) және кварк (q) құрамы бойынша топтарға жіктеледі. Классификация ережелерін Бөлшектер туралы деректер тобы анықтайды, және олар өте күрделі. Ережелер қарапайымдылық үшін төменде кесте түрінде келтірілген.

Дәмсіз мезондар

Дәмсіз мезондар – бірдей дәмге ие кварк және антикварк жұбынан құралған мезондар (барлық дәмдік кванттық сандары нөлге тең: S = 0, C = 0, B = 0, T = 0). Дәмсіз мезондарға қатысты ережелер: Экзотикалық мезон болуға үміткер басқа бөлшек резонанстары туралы толық ақпаратты жоғарыдағы негізгі мақалада қараңыз.