φ-Meson
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Phi-Meson (<math>\varphi</math>) | |
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| Klassifikation | |
| Boson Hadron Meson | |
| Eigenschaften<ref name="PDG">Die Angaben über die Teilcheneigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, entnommen aus: S. Navas et al. (Particle Data Group): Review of Particle Physics. In: Phys. Rev. D 110, 030001 (2024), doi:10.1103/PhysRevD.110.030001</ref><ref name="PDGphi" /> | |
| elektrische Ladung | neutral |
| Ruheenergie | (1019,461 ± 0,016) MeV |
| SpinParität | 1− |
| Isospin | 0 |
| mittlere Lebensdauer | (Vorlage:ZahlExp s |
| Zerfallsbreite | (4,249 ± 0,013) MeV |
| Valenzquarks | ss (näherungsweise) |
Das <math>\varphi</math>-Meson, auch Phi-Meson, ist ein Meson, das aus einem Strange-Quark <math>s</math> und dem entsprechenden Anti-Quark <math>\bar s</math> besteht und Spin 1 besitzt (Vektormeson).
Da das <math>\varphi</math>-Meson u. a. ein Strange-Quark enthält, gehört es zu den seltsamen Teilchen. Da es aus einem Quark und seinem Antiquark besteht, handelt es sich darüber hinaus um ein Quarkonium.
Symbol[Bearbeiten]
Für den griechischen Kleinbuchstaben Phi gibt es zwei Schreibvarianten: <math>\phi</math> und <math>\varphi</math>. Für das <math>\phi</math>-Meson ist die Variante mit durchgehendem vertikalen Strich (Datei:Unicode 0x03D5.svg) üblich.<ref name="PDG" /><ref name="PDGphi" /> (Falls in diesem Artikel die andere Variante erscheint, hat das mit dem verwendeten Browser zu tun.)
Beschreibung[Bearbeiten]
Im Quarkmodell sind das <math>\varphi</math>- und das ω-Meson Mischungen der drei Quark-Antiquark-Zustände uu, dd und ss der Up-, Down- und Strange-Quarks. Beide Mischungen haben jeweils eine Hyperladung <math>Y = 0</math> sowie einen Isospin <math>I = 0</math> und stehen im Multiplett der Vektormesonen an der gleichen Stelle wie das neutrale ρ-Meson <math>\rho^0</math>.
Die drei zueinander orthogonalen Linearkombinationen der o. g. Quark-Antiquark-Zustände werden dabei wie folgt identifiziert:
- <math>(u\bar{u} - d\bar{d}) / \sqrt{2}</math> mit dem <math>\rho^0</math>-Meson
- <math>(u\bar{u} + d\bar{d} - 2 s\bar{s}) / \sqrt{6}</math> mit <math>\omega_8</math>, einem Zustand des ω-Mesons im SU(3)-Oktett
- <math>(u\bar{u} + d\bar{d} + s\bar{s}) / \sqrt{3}</math> mit <math>\omega_1</math>, einem Zustand des ω-Mesons im SU(3)-Singulett.
Die physikalischen (Massen-)Zustände <math>\varphi</math> und ω ergeben sich wiederum als Linearkombinationen von <math>\omega_8</math> und <math>\omega_1</math>:<ref>Reviews - Quark Model (PDF; 644 kB) aus 2010 Review of Particle Physics, K. Nakamura et al. (Particle Data Group), J. Phys. G 37, 075021 (2010) </ref>
- <math>\left( \begin{array}{cc} \cos\theta_\mathrm{V} & - \sin\theta_\mathrm{V} \\ \sin\theta_\mathrm{V} & \cos\theta_\mathrm{V} \end{array}\right) \left( \begin{array}{c} \omega_8 \\ \omega_1 \end{array}\right) = \left( \begin{array}{c} \varphi \\ \omega \end{array} \right).</math>
Der so eingeführte Mischungswinkel <math>\theta_V</math> hat einen experimentellen Wert, der mit etwa 39° fast dem idealen Mischungswinkel von ≈35,3° (<math>\tan\theta_V = 1/\sqrt{2}</math>) entspricht. Das <math>\varphi</math>-Meson besteht also fast ausschließlich aus einem Strange-Antistrange-Quarkpaar, und die Flavour-Wellenfunktion kann geschrieben werden als
- <math>| \varphi \rangle \approx | s \bar s \rangle</math>.
Das <math>\varphi</math>-Meson wurde zuerst im Jahre 1963 am Lawrence Radiation Laboratory in Kaon-Proton-Reaktionen nachgewiesen.<ref>P. Schlein, W. E. Slater, L. T. Smith, D. H. Stork, H. K. Ticho: Quantum Numbers of a 1020-MeV KK̅ Resonance. In: Physical Review Letters. Nr. 10, 1963, S. 368–371, doi:10.1103/PhysRevLett.10.368. </ref>
Zerfallskanäle[Bearbeiten]
<math>\varphi</math>-Mesonen zerfallen unter der starken Wechselwirkung. Der Zerfall erfolgt überwiegend in zwei Kaonen, entweder die geladenen Κ+ / Κ− (48,9 %) oder die neutralen Κ0L / Κ0S (34,2 %), und zu einem geringeren Teil entweder in ein ρ-Meson und ein Pion oder in drei Pionen (15,4 %).<ref name="PDGphi">S. Navas et al. (2024): Particle listings – <math>\varphi</math> (PDF; 217 kB)</ref> Letztere beide Zerfallskanäle in Mesonen ohne Strangeness sollten auf Grund ihres höheren Q-Wertes eigentlich dominant sein, werden aber durch die OZI-Regel unterdrückt.
Besonderheiten[Bearbeiten]
Auf Grund der Mischungseffekte der pseudoskalaren η-Mesonen ist das <math>\varphi</math>-Meson das leichteste Meson, das aus einem Strange-Antistrange-Quarkpaar besteht.
Siehe auch[Bearbeiten]
Weiterführende Literatur[Bearbeiten]
- Xin-Li Sheng, Lucia Oliva, Zuo-Tang Liang, Qun Wang, Xin-Nian Wang: Spin Alignment of Vector Mesons in Heavy-Ion Collisions. In: APS Journals: Physical Review Letters, Band 131, Nr. 042304, 25. Juli 2023; doi:10.1103/PhysRevLett.131.042304 (englisch). Dazu:
- Allison Parshall: ‘Unbelievable’ Spinning Particles Probe Nature’s Most Mysterious Force. In: Scientific American vom 2. Februar 2023 (englisch).
- Allison Parshall: Phi-Meson: Starke Wechselwirkung wirbelt die Theorie durcheinander. Auf: spektrum.de vom 19. Februar 2023.
Einzelnachweise[Bearbeiten]
<references />