Фи-мезон

Фи-мезон — элементарная частица со скрытой странностью и изотопическим спином 0, представляющая собой мезонные резонансы с чётным орбитальным квантовым числом. Она образует синглет, дополняющий октет векторных мезонов, то есть является аналогом η′-мезона.

История открытия

Первые свидетельства существования φ-мезона были получены в 1961-1962 годах в в Брукхейвенской национальной лаборатории. На основании этих данных Дзюном Сакураи было сделано предположение о природе этого резонанса.

Надёжное подтверждение открытия φ-мезона было сделано в 1962 году на Беватроне в Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли и на синхротроне AGS в Брукхейвенской национальной лаборатории.

В 1968 году на синхрофазотроне в Объединённом институте ядерных исследований впервые зафиксирован распад φ-мезона на электрон-позитронную пару.

Первое возбуждённое состояние φ(1680) подтверждено в 1971 году.

Характеристики

Далее представлены характеристики самого лёгкого φ-мезона и двух его наиболее хорошо изученных возбуждённых состояний.

Частица	Кварковый состав	Энергия покоя, МэВ	IG	JPC	Q	S	c	b	Среднее время жизни, с	Основная мода распада
φ(1020)	$s{\bar {s}}$	1019,455 ± 0,020	0−	1−−	0	0	0	0	1,54⋅10−22	K+ + K*−(892)
φ(1680)	$s{\bar {s}}$	1680 ± 20	0−	1−−	0	0	0	0	4,4⋅10−24	K+ + K−
φ3(1850)	$s{\bar {s}}$	1854 ± 7	0−	3−−	0	0	0	0	7,6⋅10−24	K+ + K−

Моды распада

Диаграмма Фейнмана для распада фи-мезона на три пиона

Как и все резонансы, фи-мезон распадается в основном за счёт сильного взаимодействия. Энергетически для него наиболее выгодным является распад на три пи-мезона:

$\varphi \to \pi ^{+}+\pi ^{-}+\pi ^{0}$,

который может происходить либо непосредственно, либо с образованием промежуточного резонанса — ро-мезона:

$\varphi \to \rho ^{\pm }+\pi ^{\mp }\to \pi ^{\pm }+\pi ^{0}+\pi ^{\mp }$,

$\varphi \to \rho ^{0}+\pi ^{0}\to \pi ^{+}+\pi ^{-}+\pi ^{0}$,

но, в силу правила Окубо — Цвейга — Идзуки, этот канал подавлен и его вероятность составляет лишь 15,4 %.

Диаграмма Фейнмана для распада фи-мезона на два каона

Основными для фи-мезона являются распады на два ка-мезона:

$\varphi \to K^{+}+K^{-}$ (вероятность 49,1 %),

$\varphi \to K_{L}^{0}+K_{S}^{0}$ (вероятность 33,9 %).

Также фи-мезон может распадаться за счёт электромагнитного взаимодействия:

$\varphi \to \eta +\gamma$ (вероятность 1,3 %),

$\varphi \to \pi ^{0}+\gamma$ (вероятность 0,0032 %).