Резонансы (Jy[kuguvd)

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

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:

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

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

\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 $n^{2S+1}L_{J}$ , где:

$n$ — главное квантовое число,
$S$ — спиновое квантовое число (0 или 1 — для мезонов, 1⁄2 или 3⁄2 — для барионов),
$L$ — орбитальное квантовое число,
$J=|L\pm S|$ — 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 $q{\tilde {q}}$ и $qqq$ 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]

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