介子

介子（英語：meson）是自旋為整數、重子數為零的強子，參與強相互作用。介子屬於強子類。它是比電子重的帶電或不帶電的粒子。

介子

自旋為0的介子形成了一個九重態
組成	複合粒子 - 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
理論	湯川秀樹（1935年）
發現	1947年
類型	~140（介子列表）
自旋	整數

根據夸克模型，介子是由一個下夸克和一個反上夸克組成的束縛態，這一對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組成的介子被稱作夸克偶素。

自旋為0的介子，在量子場論中是用純量波函數描述，根據其宇稱為-1或+1分別稱為贗標介子和純量介子。自旋為1的介子，在量子場論中是用矢量波函數描述，根據其宇稱為-1或+1分別稱為矢量介子或軸矢介子。

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（應該為電子的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」裏面沒有「tr」。

1936年，美國物理學家卡爾·戴維·安德森在宇宙射線中發現一種帶單位正電荷或負電荷的粒子，質量為電子的206.77倍，人們以為它就是湯川秀樹預言的介子，把它叫做μ介子，後來發現這種粒子其實並不參與強相互作用，是一種輕子，所以改名μ子。

1947年英國物理學家塞西爾·鮑威爾在宇宙射線中又發現一種粒子，帶單位正電荷或負電荷，質量為電子的273倍，與核子有很強的相互作用，平均壽命2.60310×10^-8秒，這才是湯川秀樹預言的介子，叫做π介子。π⁺介子和π^-介子互為反粒子。1950年又發現π⁰介子。

命名

L = 0, 1, 2, 3時介子的角動量量子數

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-宇稱（C） C=(−1)L+S	JPC
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時介子的類型

類型	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）	JP
贗純量介子（英語：Pseudoscalar meson）（Pseudoscalar meson）	0	0	0	−	0−
純量介子（英語：Scalar meson）（Scalar meson）	1	1	0	+	0+
矢量介子（英語：Vector meson）（Vector meson）	1	0, 2	1	−	1−
軸矢量介子（英語：Pseudovector meson）（Axial-vector meson）†	0, 1	1	1	+	1+
贗張量介子（Pseudotensor meson）	1	1	2	−	2−
張量介子（Tensor meson）	1	1, 3	2	+	2+
更多	…	…	…	…	…

^† 軸矢量介子又稱贗矢量介子（Pseudovector meson）。

介子的分類與命名

無味介子的命名（味量子數等於0）

${\displaystyle {q}}$${\displaystyle {\overline {q}}}$	JPC†→	0−+, 2−+, 4−+, ...	1+−, 3+−, 5+−, ...	1−−, 2−−, 3−−, ...	0++, 1++, 2++, ...
2S+1LJ→	I ↓	1(S, D, …)J	1(P, F, …)J	3(S, D, …)J	3(P, F, …)J
${\displaystyle {u}}$${\displaystyle {\overline {d}}}$ ${\displaystyle \mathrm {\tfrac {{u}{\overline {u}}-{d}{\overline {d}}}{\sqrt {2}}} }$ ${\displaystyle {d}}$${\displaystyle {\overline {u}}}$	1	π+ π0 π-	b+ b0 b-	ρ+ ρ0 ρ-	a+ a0 a-
${\displaystyle {u}}$${\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-宇稱只與中性介子有關。

^†† 當J^PC=1⁻⁻，1³S₁時ψ介子被稱為
J/ψ
介子

由於一些符號可能指向一個以上的粒子，因此有一些額外的規則：

• J^PC=0的是純量介子，J^PC=1是矢量介子，對於其餘的介子，J數被添加到下標：a₀、a₁、χ_c1等。
• 對於大多數ψ、ϒ、χ的狀態，通常會增加能級信息的表示：ϒ(1S)、ϒ(2S)。第一個數字是主量子數，字母是能級符號L，省略了多重性，因為它隱含在符號中，J在需要時標識：χ_b1(1P)，如果沒有獲得光譜信息，則在括號中添加質量（單位：MeV/c²）：ϒ(9460)。
• 符號不能區分乾淨夸克態和膠球態，因此膠球使用同樣的標記方案。對於具有J^PC奇特量子數 (J^PC = 0⁻⁻，0⁺⁻、2⁺⁻、4⁺⁻ …、1⁻⁺、3⁻⁺、5⁻⁺ …)的介子，使用與J^P相同介子的相同符號，將J標識出，同位旋（I=0）的J^PC = 1⁻⁺標記為ω₁。當粒子的量子數未知時被稱為X,Y,Z，在括號中用質量表示。

味介子的命名

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

• ${\displaystyle K^{0}\,({\bar {s}}d)}$ 與 ${\displaystyle {\bar {K}}^{0}\,(s{\bar {d}})}$ 混合產生，短壽命的${\displaystyle K_{S}^{0}={\begin{matrix}{{\sqrt {2}} \over 2}\end{matrix}}(K^{0}-{\bar {K}}^{0})}$ （ PC = +1），長壽命的${\displaystyle K_{L}^{0}={\begin{matrix}{{\sqrt {2}} \over 2}\end{matrix}}(K^{0}+{\bar {K}}^{0})}$ （ PC = -1）。
• 如果J^PC是正規級數，包括正宇稱 (J^P = 0⁺, 2⁺, …)和負宇稱 (J^P = 1⁻, 3⁻, …)在符號上添加上標（ ∗ ）。
• 如果不是贗純量介子（J^P ＝ 0⁻）或矢量介子（J^P ＝ 1⁻）將(J^PC)添加為符號下標。
• 當介子的共振態已知時，在括號中加上。當共振狀態未知時，在括號中添加質量（單位：MeV/c²）。介子處於基態時，括號中不加任何東西。

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（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
• Authoritative information on particle properties is compiled by the Particle Data Group http://pdg.lbl.gov（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
• hep-ph/0211411: The light scalar mesons within quark models（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
• Naming scheme for hadrons（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）（a pdf file）

最新發現

• What Happened to the Antimatter? Fermilab's DZero Experiment Finds Clues in Quick-Change Meson（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
• CDF experiment's definitive observation of matter-antimatter oscillations in the Bs meson（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）