Резонансы

Слово «Резонанс» имеет и другие значения.

Резонанс (резонон^[1]) — короткоживущие возбуждённые состояния адронов. Большинство известных частиц являются резонансами.

Посередине графика виден пик, отвечающий ипсилон-резонансу ${\displaystyle \Upsilon (1S)}$

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:

${\displaystyle \sigma (E)=\sigma _{0}{\frac {\left({\frac {\Gamma }{2}}\right)^{2}}{(E-E_{0})^{2}+\left({\frac {\Gamma }{2}}\right)^{2}}}}$

Максимальное сечение ${\displaystyle \sigma (E_{0})=\sigma _{0}}$ соответствует резонансу с энергией ${\displaystyle E_{0}}$ и шириной ${\displaystyle \Gamma }$. Ширина резонанса, выражаемая в единицах энергии соответствует его среднему времени жизни ${\displaystyle \tau }$:

${\displaystyle \tau ={\frac {\hbar }{\Gamma }}}$

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 ${\displaystyle n^{2S+1}L_{J}}$, где:

• ${\displaystyle n}$ — главное квантовое число,
• ${\displaystyle S}$ — спиновое квантовое число (0 или 1 — для мезонов, 1⁄2 или 3⁄2 — для барионов),
• ${\displaystyle L}$ — орбитальное квантовое число,
• ${\displaystyle J=|L\pm S|}$ — 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^[2]. Также среди резонансов, помимо чистых ${\displaystyle q{\tilde {q}}}$ и ${\displaystyle qqq}$ 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:^[3]

${\displaystyle I}$	Кварковый состав	J PC
		(0, 1…)− +	(0, 1…)+ −	(0, 1…)− −	(0, 1…)+ +
${\displaystyle I=1}$	${\displaystyle \mathrm {u{\tilde {u}}} }$ и ${\displaystyle \mathrm {d{\tilde {d}}} }$	${\displaystyle \pi }$	${\displaystyle b}$	${\displaystyle \rho }$	${\displaystyle a}$
	${\displaystyle \mathrm {c{\tilde {c}}} }$	${\displaystyle \Pi _{c}}$	${\displaystyle Z_{c}}$	${\displaystyle R_{c}}$	${\displaystyle W_{c}}$
	${\displaystyle \mathrm {b{\tilde {b}}} }$	${\displaystyle \Pi _{b}}$	${\displaystyle Z_{b}}$	${\displaystyle R_{b}}$	${\displaystyle W_{b}}$
	${\displaystyle \mathrm {t{\tilde {t}}} }$	${\displaystyle \Pi _{t}}$	${\displaystyle Z_{t}}$	${\displaystyle R_{t}}$	${\displaystyle W_{t}}$
${\displaystyle I=0}$	${\displaystyle \mathrm {u{\tilde {u}}} }$, ${\displaystyle \mathrm {d{\tilde {d}}} }$ и/или ${\displaystyle \mathrm {s{\tilde {s}}} }$	${\displaystyle \eta ,\eta '}$	${\displaystyle h,h'}$	${\displaystyle \omega ,\phi }$	${\displaystyle f,f'}$
	${\displaystyle \mathrm {c{\tilde {c}}} }$	${\displaystyle \eta _{c}}$	${\displaystyle h_{c}}$	${\displaystyle J/\psi ,\psi }$	${\displaystyle \chi _{c}}$
	${\displaystyle \mathrm {b{\tilde {b}}} }$	${\displaystyle \eta _{b}}$	${\displaystyle h_{b}}$	${\displaystyle \Upsilon }$	${\displaystyle \chi _{b}}$
	${\displaystyle \mathrm {t{\tilde {t}}} }$	${\displaystyle \eta _{t}}$	${\displaystyle h_{t}}$	${\displaystyle \theta }$	${\displaystyle \chi _{t}}$