מזון (חלקיק)

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש

מֶזון הוא חלקיק תת-אטומי המורכב מקווארק ומאנטי-קווארק עם מטעני צבע הפוכים. כמו הבאריונים, המזונים הם האדרונים. כל המזונים הם בעלי ספין שהוא מספר שלם (integer spin). לפיכך, כל מזון הוא בוזון.

לרוב, זוג קווארק ואנטי-קווארק מורכב מקווארקים עם טעמים (flavors) שונים. כך, לדוגמה, קווארק למעלה וקווארק אנטי-למטה יוצרים יחד פאיון טעון חיובית. ישנם גם מזונים המורכבים מקווארקים בעלי טעם ואנטי-טעם תואמים – לדוגמה, קווארק למעלה עם קווארק אנטי-למעלה, היוצרים יחד פאיון נייטרלי. מזונים כאלו, שהם נטולי-טעם (עקב הביטול ההדדי של הטעמים), נוטים להיות בעלי אורך חיים קצר משמעותית משל מזונים בעלי-טעם. זאת, מכיוון שכאשר קווארק והאנטי-חלקיק של עצמו נפגשים, הם מאיינים זה את זה. על כן, לדוגמה, אורך החיים של הפאיונים הטעונים גדול בכ-8.5 סדרי גודל מזה של הפאיון הנייטרלי.

רוב המסה של המזונים, כמו זו של שאר ההאדרונים, מגיעה מאנרגיית הקשר הכרומודינמית (chromodynamic binding energy), יותר מאשר מהסכום של מסות המנוחה של קווארקי הערכיות (valence quarks) שמכיל המזון. קיימים מזונים שונים שיש להם אותו הרכב של קווארקי ערכיות – הקווארקים הקובעים את המספרים הקואנטיים של ההאדרון – אך כמות אנרגיית הקשר הכרומודינמית שלהם שונה, כך שהם מהווים חלקיק שונה. מזונים כאלו ניתנים לתיאור כמצב מעורר (excited state) של המזון בעל המסה הנמוכה יותר. לדוגמה, המזון רו הוא מצב מעורר של הפאיון. שני סוגי המזונים מכילים את אותם קווארקי ערכיות, כאשר המסה של הפאיון היא כ-139.6 MeV ואילו זו של מזון רו כ-775 MeV.

כל המזונים אינם יציבים והם מתפרקים עד מהרה לחלקיקים אחרים. אורך החיים של המזון היציב ביותר הוא כ-51 נאנו-שניות.

היסטוריה[עריכת קוד מקור | עריכה]

ב-1934, הידקי יוקאווה חזה את קיומם של מזונים, בתור חלקיקים הנושאים את הכוח שקושר יחד את הפרוטונים והנייטרונים בגרעין האטום. כאשר התגלה המיואון ב-1936, סברו בטעות שהוא חלק ממשפחה זו, עקב הקרבה בין מסתו למסה המשוערת של הפאיון. המיואון כונה תחילה "מזון מו". אולם, למעשה, המיואון כלל אינו מזון ואף אינו האדרון, אלא לפטון. ב-1947 התגלה המזון הראשון, הפאיון, שהוא גם ההאדרון הקל ביותר. פאיונים, מזוני רו ומזוני אומגה הם החלקיקים הנושאים את הכוח הגרעיני, הקושר יחד את הפרוטונים והנייטרונים ליצירת גרעין האטום. מהמסה-אנרגיה של אותם מזונים נובעת אנרגיית הקשר הגרעינית (nuclear binding energy), האחראית לקיומם של גרעיני כל האטומים ביקום הכבדים ממימן-1.

בשנות ה-50' וה-60' של המאה ה-20, התגלו עשרות סוגי מזונים שונים, לצד מגוון דומה של באריונים. מצב זה כונה "גן החיות של החלקיקים" (particle zoo), מכיוון שהמדענים לא הצליחו לסווג את החלקיקים באופן שיטתי, לפי עקרון מאחד כלשהו. המצב נפתר עם פיתוח מודל הקווארקים על ידי מאריי גל מן ויובל נאמן באמצע שנות ה-60', בעקבותיו התברר שהמזונים והבאריונים אינם חלקיקים יסודיים, אלא מורכבים מחלקיקים אחרים, הקווארקים, מהם קיימים רק שישה סוגים (למעלה, למטה, קסום, מוזר, עליון ותחתון).

כיום, אחד מנושאי המחקר העיקריים בתחום פיזיקת החלקיקים הוא מזונים אקזוטיים, חלקיקים בוזוניים כרומודינמיים שאינם כוללים שני קווארקי ערכיות, אלא מספר חיובי שונה. התגלו מספר סוגים של טטראקווארקים, שהם מזונים אקזוטיים הכוללים ארבעה קווארקי ערכיות – שני קווארקים ושני אנטי-קווארקים.

רשימה של מזונים[עריכת קוד מקור | עריכה]

נכון ל-2014, התגלו קרוב ל-200 סוגי מזונים.[1] הטבלה להלן מפרטת חלק מתכונותיהם של מספר מזונים חשובים.


חלקיק סימול אנטי-
חלקיק
הרכב קווארקי ערכיות ספין מסה
MeV/c2
S C B' אורך חיים
שניות
הערות
פאיון π+ π- \mathrm{u \bar{d}} 0 139.57018 0 0 0 ‎2.6033×10-8 המזון הראשון שהתגלה; אחד מנושאי הכוח הגרעיני
π0 עצמו \mathrm{\frac{u\bar{u} - d \bar{d}}{\sqrt{2}}} 134.9766 0 0 0 ‎8.52×10-17
קאון K+ K- \mathrm{u\bar{s}} 1 493.677 1 0 0 ‎1.238×10-8 החלקיק המוזר הראשון שהתגלה
K0 \mathrm{\bar{K}}0 \mathrm{d\bar{s}} 497.614 1 0 0 לא ידוע
\mathrm{K_S^0} \mathrm{K_S^0} \mathrm{\frac{d\bar{s} + s\bar{d}}{\sqrt{2}}} [2] 0 0 ‎8.954×10-11
\mathrm{K_L^0} \mathrm{K_L^0} \mathrm{\frac{d\bar{s} - s\bar{d}}{\sqrt{2}}} [2] 0 0 ‎5.116×10-8
אטא η0 עצמו \mathrm{\frac{u\bar{u} + d\bar{d} - 2s\bar{s}}{\sqrt{6}}} 0 547.862 0 0 0 ‎5×10-19
רו ρ+ ρ- \mathrm{u\bar{d}} 1 775.11 0 0 0 ‎4.41×10-24 אחד מנושאי הכוח הגרעיני
ρ0 עצמו \mathrm{\frac{u\bar{u} - d \bar{d}}{\sqrt{2}}} 775.26 0 0 0 ‎4.45×10-24
אומגה ω0 עצמו \mathrm{\frac{u\bar{u} + d \bar{d}}{\sqrt{2}}} 1 782.65 0 0 0 ‎7.75×10-23 אחד מנושאי הכוח הגרעיני
פי Φ0 עצמו \mathrm{s\bar{s}} 1 1019.461 0 0 0 ‎1.54×10-22
D D+ D- \mathrm{c\bar{d}} 0 1869.61 0 1 0 ‎1.04×10-12 החלקיקים הקסומים הקלים ביותר
D0 \mathrm{\bar{D}}0 \mathrm{c\bar{u}} 1864.84 0 1 0 ‎4.101×10-13
D מוזר \mathrm{D_S^+} \mathrm{D_S^-} \mathrm{c\bar{s}} 0 1968.3 1 1 0 ‎5×10-13
J/Psi J/Ψ עצמו \mathrm{c\bar{c}} 1 3096.916 0 0 0 ‎7.09×10-21 החלקיק הראשון שהתגלה המכיל קווארק קסום; הסוג השכיח ביותר של צ'ארמוניום
B B+ B- \mathrm{u\bar{b}} 0 5279.26 0 0 1 ‎1.638×10-12
B0 \mathrm{\bar{B}}0 \mathrm{d\bar{b}} 0 5279.58 0 0 1 ‎1.519×10-12
אופסילון Υ0 עצמו \mathrm{b\bar{b}} 1 9460.3 0 0 0 ‎1.22×10-20 החלקיק הראשון שהתגלה המכיל קווארק תחתון; סוג של בוטומוניום

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]

הערות שוליים[עריכת קוד מקור | עריכה]

  1. ^ K.A. Olive et al. (2014): Meson Summary Table
  2. ^ 2.0 2.1 הקאונים KS ו-KL אינם מצב קואנטי (eigenstate) של מוזרות. זאת, עקב עירוב הקאונים הנייטרליים (neutral kaon mixing).