介子

介子

自旋为0的介子形成了一个九重态
组成	复合粒子 - 夸克和反夸克
系	強子
基本相互作用	強核力、弱核力、電磁力、引力
理论	湯川秀樹（1935年）
发现	1947年
类型	~140（介子列表）
自旋	整數

介子是自旋为整数、重子数为零的强子，参与强相互作用。介子属于强子类。它是比电子重的带电或不带电的粒子。

根据夸克模型，介子是由一个下夸克和一个反上夸克组成的束缚态，这一对夸克和反夸克可以不同味，例如
π+
＝(
u

d
)；也可以同味，例如
J/ψ
＝(
c

c
)，由同味的夸克和反夸克组成的介子被称作夸克偶素。

自旋为0的介子，在量子场论中是用标量波函数描述，根据其宇称为-1或+1分别称为赝标介子和标量介子。自旋为1的介子，在量子场论中是用矢量波函数描述，根据其宇称为-1或+1分别称为矢量介子或轴矢介子。

歷史

1934年，湯川秀樹預測介子的存在與其近似的質量，介子用來作為核力的載體，核力用來維持住原子核，若沒有核力，所有含兩個以上質子的原子核其質子將會因為電磁斥力的關係而分離。湯川稱這個載體粒子為meson，名稱來自希臘字mesos，意義是中間，會這麼稱呼是因為他預期其質量在電子與質子之間（应该为电子的200倍），質子的質量約是電子的1836倍，湯川最初稱它為「mesotron」，不過後來被海森堡糾正。海森堡指出希臘字的「mesos」裡面沒有「tr」。

1936年，美国物理学家卡尔·戴维·安德森在宇宙射线中发现一种带单位正电荷或负电荷的粒子，质量为电子的206.77倍，人们以为它就是汤川秀树预言的介子，把它叫做μ介子，后来发现这种粒子其实并不参与强相互作用，是一种轻子，所以改名μ子。

1947年英国物理学家塞西尔·鲍威尔在宇宙射线中又发现一种粒子，带单位正电荷或负电荷，质量为电子的273倍，与核子有很强的相互作用，平均寿命2.60310×10^-8秒，这才是汤川秀树预言的介子，叫做π介子。π^+介子和π^-介子互为反粒子。1950年又发现π^0介子。

命名

L = 0, 1, 2, 3时介子的角动量量子数

自旋量子數（S）	軌道角動量量子數（L）	總角動量量子數（J） ${\displaystyle |L-S|\leq J\leq L+S}$	宇稱（P） P=(−1)^L+1	C-宇称（C） C=(−1)^L+S	J^PC
0	0	0	−	+	0^−+
	1	1	+	−	1^+−
	2	2	−	+	2^−+
	3	3	+	−	3^+−
1	0	1	−	−	1^−−
	1	2, 1, 0	+	+	2^++, 1^++, 0^++
	2	3, 2, 1	−	−	3^−−, 2^−−, 1^−−
	3	4, 3, 2	+	+	4^++, 3^++, 2^++

L = 0, 1, 2, 3时介子的类型

类型	自旋量子數（S）	軌道角動量量子數（L）	總角動量量子數（J）	宇稱（P）	J^P
赝标量介子（英语：Pseudoscalar meson）（Pseudoscalar meson）	0	0	0	−	0^−
标量介子（英语：Scalar meson）（Scalar meson）	1	1	0	+	0^+
矢量介子（英语：Vector meson）（Vector meson）	1	0, 2	1	−	1^−
轴矢量介子（英语：Pseudovector meson）（Axial-vector meson）^†	0, 1	1	1	+	1^+
赝张量介子（Pseudotensor meson）	1	1	2	−	2^−
张量介子（Tensor meson）	1	1, 3	2	+	2^+
更多	…	…	…	…	…

^† 轴矢量介子又称赝矢量介子（Pseudovector meson）。

介子的分类与命名

无味介子的命名（味量子数等于0）

${\displaystyle {q}}$${\displaystyle {\overline {q}}}$	J^PC^†→	0^−+, 2^−+, 4^−+, ...	1^+−, 3^+−, 5^+−, ...	1^−−, 2^−−, 3^−−, ...	0^++, 1^++, 2^++, ...
^2S+1LJ→	I ↓	^1(S, D, …)J	^1(P, F, …)J	^3(S, D, …)J	^3(P, F, …)J
${\displaystyle {u}}$${\displaystyle {\overline {d}}}$ ${\displaystyle \mathrm {\tfrac {{u}{\overline {u}}-{d}{\overline {d}}}{\sqrt {2}}} }$ ${\displaystyle {d}}$${\displaystyle {\overline {u}}}$	1	π^+ π^0 π^-	b^+ b^0 b^-	ρ^+ ρ^0 ρ^-	a^+ a^0 a^-
${\displaystyle {u}}$${\displaystyle {\overline {u}}}$${\displaystyle +}$${\displaystyle {d}}$${\displaystyle {\overline {d}}}$ ${\displaystyle {s}}$${\displaystyle {\overline {s}}}$	0	η η′	h h′	ω ϕ′	f f′
${\displaystyle {c}}$${\displaystyle {\overline {c}}}$	0	ηc	hc	ψ^††	χc
${\displaystyle {b}}$${\displaystyle {\overline {b}}}$	0	ηb	hb	ϒ	χb
${\displaystyle {t}}$${\displaystyle {\overline {t}}}$	0	ηt	ht	θ	χt
${\displaystyle {c}}$${\displaystyle {\overline {c}}}$	1	Πc	Zc	Rc	Wc
${\displaystyle {b}}$${\displaystyle {\overline {b}}}$	1	Πb	Zb	Rb	Wb
${\displaystyle {t}}$${\displaystyle {\overline {t}}}$	1	Πt	Zt	Rt	Wt

^† C-宇称只与中性介子有关。

^†† 当J^PC=1^−−，1³S₁时ψ介子被称为
J/ψ
介子

由于一些符号可能指向一个以上的粒子，因此有一些额外的规则：

• J^PC=0的是标量介子，J^PC=1是矢量介子，对于其余的介子，J数被添加到下标：a₀、a₁、χ_c1等。
• 对于大多数ψ、ϒ、χ的状态，通常会增加能级信息的表示：ϒ(1S)、ϒ(2S)。第一个数字是主量子数，字母是能级符号L，省略了多重性，因为它隐含在符号中，J在需要时标识：χ_b1(1P)，如果没有获得光谱信息，则在括号中添加质量（单位：MeV/c^2）：ϒ(9460)。
• 符号不能区分干净夸克态和胶球态，因此胶球使用同样的标记方案。对于具有J^PC奇特量子数 (J^PC = 0^−−，0^+−、2^+−、4^+− …、1^−+、3^−+、5^−+ …)的介子，使用与J^P相同介子的相同符号，将J标识出，同位旋（I=0）的J^PC = 1^−+标记为ω₁。当粒子的量子数未知时被称为X,Y,Z，在括号中用质量表示。

味介子的命名

${\displaystyle {\overline {q}}}$ → ${\displaystyle {q}}$ ↓	${\displaystyle {\overline {u}}}$	${\displaystyle {\overline {d}}}$	${\displaystyle {\overline {c}}}$	${\displaystyle {\overline {s}}}$	${\displaystyle {\overline {t}}}$	${\displaystyle {\overline {b}}}$
${\displaystyle {u}}$	—	—	${\displaystyle {\bar {D}}^{0}}$	${\displaystyle K^{+}}$	${\displaystyle {\bar {T}}^{0}}$	${\displaystyle B^{+}}$
${\displaystyle {d}}$	—	—	${\displaystyle D^{-}}$	${\displaystyle K^{0}}$	${\displaystyle T^{-}}$	${\displaystyle B^{0}}$
${\displaystyle {c}}$	${\displaystyle D^{0}}$	${\displaystyle D^{+}}$	—	${\displaystyle D_{s}^{+}}$	${\displaystyle {\bar {T}}_{c}^{0}}$	${\displaystyle B_{c}^{+}}$
${\displaystyle {s}}$	${\displaystyle K^{-}}$	${\displaystyle {\bar {K}}^{0}}$	${\displaystyle D_{s}^{-}}$	—	${\displaystyle T_{s}^{-}}$	${\displaystyle B_{s}^{0}}$
${\displaystyle {t}}$	${\displaystyle T^{0}}$	${\displaystyle T^{+}}$	${\displaystyle T_{c}^{0}}$	${\displaystyle T_{s}^{+}}$	—	${\displaystyle T_{b}^{+}}$
${\displaystyle {b}}$	${\displaystyle B^{-}}$	${\displaystyle {\bar {B}}^{0}}$	${\displaystyle B_{c}^{-}}$	${\displaystyle {\bar {B}}_{s}^{0}}$	${\displaystyle T_{b}^{-}}$	—

• ${\displaystyle K^{0}\,({\bar {s}}d)}$ 与 ${\displaystyle {\bar {K}}^{0}\,(s{\bar {d}})}$ 混合产生，短寿命的${\displaystyle K_{S}^{0}={\begin{matrix}{{\sqrt {2}} \over 2}\end{matrix}}(K^{0}-{\bar {K}}^{0})}$ （ PC = +1），长寿命的${\displaystyle K_{L}^{0}={\begin{matrix}{{\sqrt {2}} \over 2}\end{matrix}}(K^{0}+{\bar {K}}^{0})}$ （ PC = -1）。
• 如果J^PC是正规级数，包括正宇称 (J^P = 0^+, 2^+, …)和负宇称 (J^P = 1^−, 3^−, …)在符号上添加上标（ ∗ ）。
• 如果不是赝标量介子（J^P ＝ 0^−）或矢量介子（J^P ＝ 1^−）将(J^PC)添加为符号下标。
• 当介子的共振态已知时，在括号中加上。当共振状态未知时，在括号中添加质量（单位：MeV/c^2）。介子处于基态时，括号中不加任何东西。

參見

• 介子列表
• 基本粒子列表
• 夸克模型

外部連結

• A table of some mesons and their properties（页面存档备份，存于互联网档案馆）
• Authoritative information on particle properties is compiled by the Particle Data Group http://pdg.lbl.gov（页面存档备份，存于互联网档案馆）
• hep-ph/0211411: The light scalar mesons within quark models（页面存档备份，存于互联网档案馆）
• Naming scheme for hadrons（页面存档备份，存于互联网档案馆）（a pdf file）

最新發現

• What Happened to the Antimatter? Fermilab's DZero Experiment Finds Clues in Quick-Change Meson（页面存档备份，存于互联网档案馆）
• CDF experiment's definitive observation of matter-antimatter oscillations in the Bs meson（页面存档备份，存于互联网档案馆）