Mesón exótico

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En física de partículas , los mesones exóticos son mesones que tienen números cuánticos que no son posibles en el modelo de quarks ; algunas propuestas para mesones del modelo de quarks no estándar podrían ser:

bolas de pegamento o gluonio

Las bolas de pegamento no tienen quarks de valencia en absoluto.

tetraquarks

Los tetraquarks tienen dos pares de valencia quark-antiquark.

mesones híbridos

Los mesones híbridos contienen un par de quark-antiquark de valencia y uno o más gluones .

Todos los mesones exóticos se clasifican como mesones porque son hadrones y tienen un número bariónico cero . De estos, las bolas de pegamento deben ser singletes de sabor, es decir, deben tener isospín , extrañeza , encanto , fondo y cima cero . Como todos los estados de partículas, los mesones exóticos se especifican por los números cuánticos que etiquetan las representaciones de la simetría de Poincaré , qe, por la masa (encerrada entre paréntesis) y por J ^PC , donde J es el momento angular , P es la paridad intrínseca y C es la paridad de conjugación de carga ; también se suele especificar el isospín I del mesón. Normalmente, cada mesón del modelo de quark viene en un noneto de sabor SU(3) : un octeto y un singlete de sabor asociado. Una bola de pegamento aparece como una partícula extra ( supernumeraria ) fuera del noneto.

A pesar de este recuento aparentemente simple, la asignación de un estado dado como una bola de pegamento, un tetraquark o un híbrido sigue siendo tentativa incluso hoy en día, de ahí la preferencia por el término más genérico de mesón exótico . Incluso cuando hay acuerdo en que uno de varios estados es uno de estos mesones del modelo no quark, el grado de mezcla y la asignación precisa están plagados de incertidumbres. También existe el considerable trabajo experimental de asignar números cuánticos a cada estado y verificarlos en otros experimentos. Como resultado, todas las asignaciones fuera del modelo quark son tentativas. El resto de este artículo describe la situación tal como era a fines de 2004.

Las predicciones de la QCD en red para las bolas de pegamento están ahora bastante establecidas, al menos cuando se descuidan los quarks virtuales . Los dos estados más bajos son

0 ⁺⁺ con masa de1,611 ± 0,163  GeV/ c ² y

2 ⁺⁺ con masa de2,232 ± 0,310 ^GeV / c2

Se espera que los 0 ⁻⁺ y las bolas de pegamento exóticas como 0 ^{−− se encuentren por encima}2 GeV/ c ² . Las bolas de pegamento son necesariamente isoescalares (tanto para el isospín fuerte como, trivialmente , el isospín débil ), con I = T = 0 .

Los mesones híbridos del estado fundamental 0 ⁻⁺ , 1 ⁻⁺ , 1 ⁻⁻ y 2 ⁻⁺ se encuentran todos un poco por debajo2 GeV/ c ² . El híbrido con números cuánticos exóticos 1 ⁻⁺ está en1,9 ± 0,2 GeV/ c ² . Los mejores cálculos de red hasta la fecha se realizan en la aproximación apagada , que ignora los bucles de quarks virtuales . Como resultado, estos cálculos no tienen en cuenta la mezcla con los estados de mesón.

Los datos muestran cinco resonancias isoescalares: f ₀ (500), f ₀ (980), f ₀ (1370), f ₀ (1500) y f ₀ (1710). De estas, la f ₀ (500) suele identificarse con la σ de los modelos quirales . Las desintegraciones y la producción de f ₀ (1710) dan una fuerte evidencia de que también es un mesón.

Los f ₀ (1370) y f ₀ (1500) no pueden ser ambos mesones modelo de quarks, porque uno es supernumerario. La producción del estado de mayor masa en reacciones de dos fotones , como las reacciones 2γ → 2π o 2γ → 2K, está altamente suprimida. Las desintegraciones también brindan cierta evidencia de que uno de estos podría ser un cúmulo de partículas.

El f ₀ (980) ha sido identificado por algunos autores como un mesón tetraquark, junto con los  estados I = 1 a ₀ (980) y κ ₀ (800). Dos estados de larga duración ( estrechos en la jerga de la espectroscopia de partículas): el estado escalar (0 ^{++ )}
D^*±
_{s J}(2317) y el mesón vectorial ( ¹⁺ )
D^*±
_{s J}(2460), observados en CLEO y BaBar , también se han identificado tentativamente como estados de tetraquark. Sin embargo, para estos, son posibles otras explicaciones.

Se han identificado con precisión dos estados isoescalares: f ₂ (1270) y f ₂ ′ (1525). Ningún otro estado ha sido identificado de manera consistente por todos los experimentos, por lo que es difícil decir más sobre estos estados.

Los dos exóticos isovectores π ₁ (1400) y π ₁ (1600) parecen estar bien establecidos experimentalmente. ^{[1] [2] [3]} Un análisis reciente de canal acoplado ha demostrado que estos estados, que inicialmente se consideraron separados, son consistentes con un solo polo. Un segundo estado exótico no es favorable. ^[4] Se favorece la asignación de estos estados como híbridos. Los cálculos de QCD en red muestran que el π ₁ más ligero con números cuánticos 1 ⁻⁺ tiene una fuerte superposición con operadores que presentan una construcción gluónica. ^[5]

Los estados π (1800) 0 ⁻⁺ , ρ (1900) 1 ⁻⁻ y η ² (1870) 2 ⁻⁺ son estados bastante bien identificados, que algunos autores han identificado tentativamente como híbridos. Si esta identificación es correcta, entonces es una notable concordancia con los cálculos de red, que ubican varios híbridos en este rango de masas.

• Modelo de quarks , mesones , bariones , quarks y gluones
• Hadrones exóticos y bariones exóticos
• Cromodinámica cuántica , sabor y el vacío QCD
• GlueX , un experimento que explorará el espectro de bolas de pegamento y mesones exóticos

• Yao, W.-M.; et al. ( Particle Data Group ) (2006). "Revisión de física de partículas: mesones no qq" (PDF) . Journal of Physics G . 33 (1): 1. arXiv : astro-ph/0601168 . Bibcode :2006JPhG...33....1Y. doi :10.1088/0954-3899/33/1/001.