Введение

Мезон, состоящий из кварка и его собственного антикварка того же аромата. В физике частиц кварконий (от кварка и -оний, мн. ч. кварконии) – это безвкусный мезон, состоящий из тяжелого кварка и его собственного антикварка, что делает его одновременно нейтральной частицей и собственной античастицей. Название "кварконий" аналогично позитронию, связанному состоянию электрона и антиэлектрона. Частицы живут недолго из-за аннигиляции материи и антиматерии.

Легкие кварки

Легкие кварки (верхний, нижний и странный) значительно менее массивны, чем более тяжелые кварки, поэтому физические состояния, реально наблюдаемые в экспериментах (η, η′ и π0 мезоны), представляют собой квантово-механические смеси состояний легких кварков. Гораздо большая разница в массах между очаровательными и ботомовыми кварками и более легкими кварками приводит к состояниям, которые четко определены в терминах пары кварк-антикварк определенного аромата.

Тяжелые кварки

Примерами кваркония являются мезон J/ψ (основное состояние хармония) и мезон (ботомония). Из-за большой массы верхнего кварка топоний (θ-мезон) не существует, поскольку верхний кварк распадается посредством электрослабого взаимодействия до того, как может сформироваться связанное состояние (редкий пример слабого процесса, происходящего быстрее, чем сильное взаимодействие). Обычно термин "кварконий" относится только к чармонию и боттонию, а не к каким-либо более легким кварк-антикварковым состояниям.

Топоний

Тета-мезон не был обнаружен и не ожидается его обнаружение в природе, поскольку верхние кварки распадаются слишком быстро для образования мезонов в естественных условиях (и их последующего детектирования).

ККД и кварконий

Расчет свойств мезонов в квантовой хромодинамике (QCD) является полностью непертурбативным. В результате, единственным общим доступным методом является прямое вычисление с использованием методов решетчатой QCD (LQCD). Однако для тяжелого кваркония эффективны и другие методы. Легкие кварки в мезоне движутся с релятивистскими скоростями, поскольку масса связанного состояния значительно больше массы кварка. Однако скорость c-кварков и b-кварков в их соответствующих кваркониях достаточно мала, чтобы релятивистские эффекты в этих состояниях были существенно уменьшены. Оценивается, что скорость, *v*, примерно в 0,3 раза превышает скорость света для шармония и примерно в 0,1 раза превышает скорость света для ботония. Тогда вычисление можно приблизить разложением в степени *v* и *v*<sup>2</sup>. Эта техника называется нерелятивистской QCD (NRQCD). NRQCD также квантована как решетчатая калибровочная теория, что предоставляет еще один метод для расчетов LQCD. Получено хорошее согласие с массами ботония, что является одним из лучших непертурбативных тестов LQCD. Согласие для масс шармония не столь хорошее, но сообщество LQCD активно работает над улучшением своих методов. Также ведутся работы по вычислению таких свойств, как ширины кваркониевых состояний и скорости переходов между состояниями. Ранняя, но все еще эффективная техника использует модели эффективного потенциала для расчета масс кваркониевых состояний. В этой технике используется тот факт, что движение кварков, составляющих состояние кваркония, не является релятивистским, чтобы предположить, что они движутся в статическом потенциале, подобно нерелятивистским моделям атома водорода. Одной из самых популярных моделей потенциала является так называемый потенциал Корнелла (или воронкообразный потенциал):

где *r* – эффективный радиус состояния кваркония, а *σ* и *α* – параметры. Этот потенциал состоит из двух частей. Первая часть, *α/r*, соответствует потенциалу, индуцированному однократным обменом глюонами между кварком и антикварком, и известна как кулоновская часть потенциала, поскольку ее форма идентична хорошо известному кулоновскому потенциалу, индуцированному электромагнитным взаимодействием. Вторая часть, *σr*, известна как часть ограничения потенциала и параметризует плохо изученные непертурбативные эффекты QCD. Как правило, при использовании этого подхода выбирается удобная форма для волновой функции кварков, а затем *σ* и *α* определяются путем подгонки результатов вычислений к массам хорошо измеренных кваркониевых состояний. Релятивистские и другие эффекты могут быть включены в этот подход путем добавления дополнительных членов к потенциалу, как это делается для модели атома водорода в нерелятивистской квантовой механике. Эта форма была получена из QCD до порядка α<sub>s</sub><sup>2</sup> Сумино (2003). Она популярна, поскольку позволяет делать точные предсказания параметров кваркония без длительных решетчатых вычислений и обеспечивает разделение между кулоновскими эффектами на коротких расстояниях и эффектами ограничения на больших расстояниях, что может быть полезно для понимания кварк-антикваркового взаимодействия, генерируемого QCD. Кварконии были предложены в качестве диагностического инструмента для формирования кварк-глюонной плазмы: как исчезновение, так и усиление их образования могут происходить в зависимости от выхода тяжелых кварков в плазме.