Φ-Meson

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

Phi-Meson (φ)
Klassifikation
Boson Hadron Meson
Eigenschaften[1]
elektrische Ladung	neutral
Ruheenergie	(1019,461 ± 0,016) MeV
SpinParität	1−
Isospin	0
mittlere Lebensdauer	1.55 ± 0.01 × 10−22 s
Zerfallsbreite	(4,249 ± 0,013) MeV
Valenzquarks	ss (näherungsweise)

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

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 ${\displaystyle Y=0}$ sowie einen Isospin ${\displaystyle I=0}$ und stehen im Multiplett der Vektormesonen an der gleichen Stelle wie das neutrale ρ-Meson ${\displaystyle \rho ^{0}}$.

Die drei zueinander orthogonalen Linearkombinationen der o. g. Quark-Antiquark-Zustände werden dabei wie folgt identifiziert:

${\displaystyle (u{\bar {u}}-d{\bar {d}})/{\sqrt {2}}}$ mit dem ${\displaystyle \rho ^{0}}$-Meson

${\displaystyle (u{\bar {u}}+d{\bar {d}}-2s{\bar {s}})/{\sqrt {6}}}$ mit ${\displaystyle \omega _{8}}$, einem Zustand des ω-Mesons im SU(3)-Oktett

${\displaystyle (u{\bar {u}}+d{\bar {d}}+s{\bar {s}})/{\sqrt {3}}}$ mit ${\displaystyle \omega _{1}}$, einem Zustand des ω-Mesons im SU(3)-Singulett.

Die physikalischen (Massen-)Zustände φ und ω ergeben sich wiederum als Linearkombinationen von ${\displaystyle \omega _{8}}$ und ${\displaystyle \omega _{1}}$:^[2]

${\displaystyle \left({\begin{array}{cc}\cos \theta _{\mathrm {V} }&-\sin \theta _{\mathrm {V} }\\\sin \theta _{\mathrm {V} }&\cos \theta _{\mathrm {V} }\end{array}}\right)\left({\begin{array}{c}\omega _{8}\\\omega _{1}\end{array}}\right)=\left({\begin{array}{c}\phi \\\omega \end{array}}\right).}$

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

${\displaystyle |\phi \rangle \approx |s{\bar {s}}\rangle }$.

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

Zerfallskanäle

φ-Mesonen zerfallen unter der starken Kraft. Der Zerfall erfolgt überwiegend in zwei Kaonen, entweder die geladenen Κ⁺ / Κ⁻ (48,9 %) oder die neutralen Κ⁰_L / Κ⁰_S (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

Auf Grund der Mischungseffekte der pseudoskalaren η-Mesonen ist das φ-Meson das leichteste Meson, das aus einem Strange-Antistrange-Quarkpaar besteht.

Siehe auch

• Liste der Mesonen

Einzelnachweise

1. Die Angaben über die Teilcheneigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, entnommen aus:
   M. Tanabashi et al.: 2018 Review of Particle Physics. In: Phys. Rev. D 98, 030001 (2018). Particle Data Group, abgerufen am 6. Juni 2018 (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)