φ-Meson

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Phi-Meson (φ)

Klassifikation
Boson
Hadron
Meson
Eigenschaften [1]
Ladung neutral
Masse (1019,455±0,020) MeV/c2
SpinParität 1
Isospin 0
mittlere Lebensdauer 1.55 ± 0.01 × 10−22 s
Zerfallsbreite (4,26±0,04) MeV
Quark-Zusammensetzung Strange - Anti-Strange

Das φ-Meson, auch Phi-Meson, ist ein Meson, das aus einem Strange-Quark s und dem entsprechenden Anti-Quark \bar s besteht und Spin 1 besitzt (Vektormeson).

Da das φ-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.

Beschreibung[Bearbeiten]

Im Quarkmodell sind das φ- 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 Y = 0 sowie einen Isospin I = 0 und stehen im Multiplett der Vektormesonen an der gleichen Stelle wie das neutrale ρ-Meson \rho^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 \rho^0-Meson
(u\bar{u} + d\bar{d} - 2 s\bar{s}) / \sqrt{6} mit \omega_8, einem Zustand des ω-Mesons im SU(3)-Oktett
(u\bar{u} + d\bar{d} + s\bar{s}) / \sqrt{3} mit \omega_1, einem Zustand des ω-Mesons im SU(3)-Singulett.

Die physikalischen (Massen-)Zustände φ und ω ergeben sich wiederum als Linearkombinationen von \omega_8 und \omega_1:[2]

\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).

Der so eingeführte Mischungswinkel \theta_V hat einen experimentellen Wert, der mit etwa 39° fast dem idealen Mischungswinkel von ≈35,3° (\tan\theta_V = 1/\sqrt{2}) entspricht. Das φ-Meson besteht also fast ausschließlich aus einem Strange-Antistrange-Quarkpaar, und die Flavour-Wellenfunktion kann geschrieben werden als

| \varphi \rangle \approx | s \bar s \rangle.

Das φ-Meson wurde zuerst im Jahre 1963 am Lawrence Radiation Laboratory in Kaon-Proton-Reaktionen nachgewiesen.[3]

Zerfallskanäle[Bearbeiten]

φ-Mesonen zerfallen unter der starken Kraft. 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 (15,32 %).[4] 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 φ-Meson das leichteste Meson, das aus einem Strange-Antistrange-Quarkpaar besteht.

Siehe auch[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  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 Vorlage:Internetquelle/Wartung/Zugriffsdatum nicht im ISO-Format2013 partial update for the 2014 edition. Particle Data Group, abgerufen am 26. Februar 2014 (englisch)..
  2. 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)
  3.  P. Schlein et al.: Quantum Numbers of a 1020-MeV KK̅ Resonance. In: Phys. Rev. Lett.. Nr. 10, 1963, S. 368-371, doi:10.1103/PhysRevLett.10.368.
  4. N. Nakamura et al. (2010): Particle listings – φ (PDF; 217 kB)