Резонансы

Слово «Резонанс» имеет и другие значения.

Резонанс (резонон) — короткоживущие возбуждённые состояния адронов. Большинство известных частиц являются резонансами.

Посередине графика виден пик, отвечающий ипсилон-резонансу $\mathrm{{\rm Y}}(1S)$

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:

$\sigma (E)={\sigma }_0\frac{{\left(\frac{\mathrm{\Gamma }}{2}\right)}^2}{(E-E_0{)}^2+{\left(\frac{\mathrm{\Gamma }}{2}\right)}^2}$

Максимальное сечение $\sigma (E_0)={\sigma }_0$ соответствует резонансу с энергией $E_0$ и шириной $\mathrm{\Gamma }$. Ширина резонанса, выражаемая в единицах энергии соответствует его среднему времени жизни $\tau$:

$\tau =\frac{\hslash }{\mathrm{\Gamma }}$

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. 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:

$I$	Кварковый состав	J PC
		(0, 1…)− +	(0, 1…)+ −	(0, 1…)− −	(0, 1…)+ +
$I=1$	$\mathrm{u}\tilde{\mathrm{u}}$ и $\mathrm{d}\tilde{\mathrm{d}}$	$\pi$	$b$	$\rho$	$a$
	$\mathrm{c}\tilde{\mathrm{c}}$	${\mathrm{\Pi }}_c$	$Z_c$	$R_c$	$W_c$
	$\mathrm{b}\tilde{\mathrm{b}}$	${\mathrm{\Pi }}_b$	$Z_b$	$R_b$	$W_b$
	$\mathrm{t}\tilde{\mathrm{t}}$	${\mathrm{\Pi }}_t$	$Z_t$	$R_t$	$W_t$
$I=0$	$\mathrm{u}\tilde{\mathrm{u}}$, $\mathrm{d}\tilde{\mathrm{d}}$ и/или $\mathrm{s}\tilde{\mathrm{s}}$	$\eta ,{\eta }^{\prime }$	$h,h^{\prime }$	$\omega ,\varphi$	$f,f^{\prime }$
	$\mathrm{c}\tilde{\mathrm{c}}$	${\eta }_c$	$h_c$	$J/\psi ,\psi$	${\chi }_c$
	$\mathrm{b}\tilde{\mathrm{b}}$	${\eta }_b$	$h_b$	$\mathrm{{\rm Y}}$	${\chi }_b$
	$\mathrm{t}\tilde{\mathrm{t}}$	${\eta }_t$	$h_t$	$\theta$	${\chi }_t$

Литература

• Резонансы — статья из Физической энциклопедии
• Коккедэ Я. Теория кварков. — М.: Мир, 1971. — 341 с.