η-Meson

η-Meson

η

Klassifikation
Boson
Hadron
Meson
Eigenschaften [1]
Ladung neutral
Masse
SpinParität 0
Isospin 0 (z-Komponente 0)
mittlere Lebensdauer 5,0(2) · 10−19 s
Zerfallsbreite 0,00131(5) MeV
Wechselwirkungen stark
schwach
elektromagnetisch
Gravitation
Quark-Zusammensetzung $ {\tfrac {u{\bar {u}}+d{\bar {d}}-2s{\bar {s}}}{\sqrt {6}}} $

η′

Eigenschaften [1]
Ladung neutral
Masse
SpinParität 0
Isospin 0 (z-Komponente 0)
mittlere Lebensdauer 3,32(15) · 10−21 s
Zerfallsbreite 0,198(9) MeV
Quark-Zusammensetzung $ {\tfrac {u{\bar {u}}+d{\bar {d}}+s{\bar {s}}}{\sqrt {3}}} $

Das η-Meson (Eta-Meson) und das η′-Meson (lies: „Eta-Strich-Meson“) sind Mesonen. Sie unterliegen der starken Wechselwirkung und gehören damit zu den Hadronen.

Beschreibung

Im Quarkmodell sind η und η′ eine Mischung der drei Quark-Antiquark-Zustände uu, dd und ss der Up-, Down- und Strange-Quarks. Beide Zustände η und η′ haben eine Hyperladung $ Y=0 $ sowie einen Isospin $ I=0 $ und stehen im Multiplett der pseudoskalaren Mesonen an der gleichen Stelle wie das neutrale Pion $ \pi ^{0} $.

Die drei zueinander orthogonalen Linearkombinationen der o. g. Quark-Antiquark-Zustände werden dabei wie folgt identifiziert:

$ (u{\bar {u}}-d{\bar {d}})/{\sqrt {2}} $ mit dem $ \pi ^{0} $-Meson
$ (u{\bar {u}}+d{\bar {d}}-2s{\bar {s}})/{\sqrt {6}} $ mit $ \eta _{8} $, einem η-Zustand im $ SU(3)\otimes SU({\bar {3}}) $-Oktett
$ (u{\bar {u}}+d{\bar {d}}+s{\bar {s}})/{\sqrt {3}} $ mit $ \eta _{1} $, einem η-Zustand im $ SU(3)\otimes SU({\bar {3}}) $-Singulett.

Die physikalischen (Massen-)Zustände η und η′ ergeben sich wiederum als Linearkombinationen von η8 und η1:[2]

$ \left({\begin{array}{cc}\cos \theta _{\mathrm {P} }&-\sin \theta _{\mathrm {P} }\\\sin \theta _{\mathrm {P} }&\cos \theta _{\mathrm {P} }\end{array}}\right)\left({\begin{array}{c}\eta _{8}\\\eta _{1}\end{array}}\right)=\left({\begin{array}{c}\eta \\\eta '\end{array}}\right). $

Der so eingeführte Mischungswinkel $ \theta _{P} $ hat einen experimentellen Wert, der stark modellabhängig ist und zwischen −10° und −20° liegt. Das η-Meson entspricht demnach fast dem Oktett-Zustand η8, mit einer Beimischung von wenigen Prozent des Singulett-Zustands η1; beim η′-Meson ist es entsprechend umgekehrt:

$ \eta \approx \eta _{8} $
$ \eta '\approx \eta _{1} $.

Das η-Meson wurde zuerst im Jahre 1961 am Lawrence Radiation Laboratory in Pion-Deuteron-Reaktionen nachgewiesen.[3]

Bei den Flavours Charm und Bottomness treten ebenfalls pseudoskalare Mesonen auf, die wegen der großen Masse des c- und des b-Quarks aber nur wenig mit den leichten Quarkzuständen mischen. Das ηc und das ηb sind deshalb praktisch reine Quarkonium-Zustände cc bzw. bb.

Zerfallskanäle

Das η-Meson kann über verschiedene Kanäle zerfallen; am häufigsten sind der Zerfall in drei Pionen (π+ππ0 oder 3 π0) mit rund 55 % und der Zerfall in zwei Photonen mit 39 %. Der Zerfall in zwei Pionen ist verboten, weil er die Parität und auch die CP-Invarianz verletzen würde.

Die Hauptzerfallskanäle des η′ sind mit einem Anteil von rund 65 % der Zerfall in ein η-Meson und zwei Pionen (π+πη oder π0π0η) und mit insgesamt 29 % der Zerfall in ρ0γ oder π+πγ.

Literatur

  • Francis Halzen, Alan Douglas Martin: Quarks and leptons: an introductory course in modern particle physics. 1. Auflage. Wiley, New York 1984, ISBN 0-471-88741-2.

Siehe auch

Einzelnachweise

  1. 1,0 1,1 Die Angaben über die Teilcheneigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, entnommen aus: J. Beringer et al. (Particle Data Group): 2013 Review of Particle Physics. In: Physical Review D. Bd. 86, 2012, 010001 und 2013 partial update for the 2014 edition. Particle Data Group, abgerufen am 22. Mai 2018 (englisch).
  2. Reviews – Quark Model (PDF; 644 kB) aus K. Nakamura et al. (Particle Data Group): Review of Particle Physics. In: Journal of Physics G 37 (2010) 075021.
  3. A. Pevsner u. a.: Evidence for a three-pion resonance near 550 Mev. In: Physical Review Letters. Bd. 7, Nr. 11, 1961, S. 421–423, doi:10.1103/PhysRevLett.7.421.