Mesone
# Mesone

In fisica delle particelle, i mesoni sono un gruppo di particelle subatomiche composte da un quark e un antiquark legati dalla forza forte.

Sono particelle instabili e decadono tipicamente in fotoni o in leptoni. Il quark e l'antiquark costituenti possono essere omogenei o di tipo diverso (ad es. cc o ud).

Il primo mesone venne teorizzato nel 1935 da Hideki Yukawa come mediatore dell'interazione forte fra nucleoni e fu poi identificato sperimentalmente nel 1947 nei raggi cosmici (mesone Pi). Da allora numerosi mesoni sono stati osservati sperimentalmente, in particolare in esperimenti con acceleratori di particelle, e/o teorizzati come mediatori di processi di interazione forte.

Il termine mesone nacque storicamente per indicare particelle con massa intermedia fra l'elettrone e il protone.

## Caratteristiche

I mesoni fanno parte della famiglia degli adroni e avendo spin intero sono bosoni. I mesoni più leggeri agiscono a livello effettivo come mediatori della forza forte fra i nucleoni a brevi distanze e più in generale svolgono un ruolo nei processi di interazione forte. Poiché sono composti da quark, interagiscono con altre particelle sia tramite la forza debole che quella forte. I mesoni che hanno una carica elettrica netta partecipano anche all'interazione elettromagnetica a grandi distanze.

I mesoni sono classificati secondo il loro contenuto in quark, il momento angolare totale, la parità e la coniugazione di carica. In base al contenuto di quark e alla simmetria di sapore, i mesoni sono divisi in multipletti di masse quasi degeneri. Ad esempio i tre pioni con carica elettrica positiva, negativa e neutra individuano un tripletto di isospin in cui le masse differiscono solo di circa il 3%.

Mentre nessun mesone risulta stabile, quelli di massa inferiore hanno comunque una vita media più lunga che li rende più facili da osservare nei raggi cosmici e da studiare negli acceleratori di particelle. Alcuni mesoni hanno una massa molto inferiore ai barioni, l'altro grande gruppo di adroni, e per questo motivo sono prodotti in grandi quantità nelle collisioni ad alta energia fra i nucleoni impiegate negli esperimenti moderni. Per esempio, il quark charm per la prima volta fu osservato nel mesone J/Psi (J/ψ) nel 1974, e il quark bottom nel mesone upsilon (ϒ) nel 1977.

Non tutti i mesoni hanno una corrispondente antiparticella (antimesone), dove i quark sono sostituiti dai loro corrispondenti antiquark e viceversa. Ad esempio, un pione positivo $(π^+)$ è costituito da un quark up e un antiquark down; e la sua antiparticella corrispondente, il pione negativo (π⁻), è costituita da un antiquark up e un quark down. Il pione neutro $π^0$ è invece costituito da una miscela simmetrica di quark ed antiquark, sicché l'antiparticella del $π^0$ è il $π^0$ stesso.

## Lista dei mesoni

Le tabelle elencano tutti i mesoni pseudoscalari (J = $0^−)$ e vettori (J = $1^−),$ sia osservati che solo previsti a livello teorico.

I simboli riportati sono: I (isospin), J (operatore momento angolare totale), P (parità), C (parità C), G (parità G), u (quark up), d (quark down), s (quark strange), c (quark charm), b (quark bottom), Q (carica), B (numero barionico), S (stranezza), C (charmness), e B′ (bottomness), oltre a numerose particelle subatomiche.

Per le antiparticelle corrispondenti è sufficiente modificare i quark in antiquark, mutando i segni di Q, B, S, C, e B′. Le particelle con il simbolo $^†$ accanto al nome sono state previste dal modello standard ma non sono ancora state osservate. I valori contrassegnati in rosso non sono stati fermamente stabiliti tramite esperimenti, ma sono previsti dal modello a quark e sono coerenti con le misure.

### Mesoni pseudoscalari

Mesoni pseudoscalari :

| Nome della particella | Simbolo della particella | Simbolo dell' antiparticella | Quark contenuti | Massa a riposo $(MeV/c^2)$ | I | J | S | C | B' | Vita media (s) | Comunemente decade in (>5% di decadimento) |
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
| Pione | $π^+$ | $π^-$ | ud | 139,57018 ± 0,00035 | $1^−$ | $0^−$ | 0 | 0 | 0 | 2,6033 ± $0,0005×10^{−8}$ | $μ^+$ + $ν_μ$ |
| Pione | π⁰ | Lo stesso | $\mathrm {\tfrac {u{\bar {u}}-d{\bar {d}}}{\sqrt {2}}}$ $^{[a]}$ | 134,9766 ± 0,0006 | $1^−$ | $0^{−+}$ | 0 | 0 | 0 | 8,4 ± $0,6×10^{−17}$ | γ + γ |
| Mesone eta | η | Lo stesso | $\mathrm {\tfrac {u{\bar {u}}+d{\bar {d}}-2s{\bar {s}}}{\sqrt {6}}}$ $^{[a]}$ | 547,853 ± 0,024 | $0^+$ | $0^{−+}$ | 0 | 0 | 0 | 5,0 ± $0,3×10^{−19}$ $^{[b]}$ | γ + γ o π⁰ + π⁰ + π⁰ o π+ + π⁰ + π⁻ |
| Mesone eta primo | η′ (958) | Lo stesso | $\mathrm {\tfrac {u{\bar {u}}+d{\bar {d}}+s{\bar {s}}}{\sqrt {3}}}$ $^{[a]}$ | 957,66 ± 0,24 | $0^+$ | $0^{−+}$ | 0 | 0 | 0 | 3,2 ± $0,2×10^{−21}$ $^{[b]}$ | π+ + π⁻ + η o (ρ⁰ + γ) / (π+ + π⁻ + γ) o π⁰ + π⁰ + η |
| Mesone eta charmed | $η_c(1S)$ | Lo stesso | cc | 2980,3 ± 1,2 | $0^+$ | $0^{−+}$ | 0 | 0 | 0 | 2,5 ± $0,3×10^{−23}$ $^{[b]}$ | Vedi modi di decadimento di $η_c$ (PDF). |
| Mesone eta bottom | $η_b(1S)$ | Lo stesso | bb | 9300 ± 40 | $0^+$ | $0^{−+}$ | 0 | 0 | 0 | Sconosciuta | Vedi modi di decadimento di $η_b$ (PDF). |
| Kaone | $K^+$ | K⁻ | us | 493,677 ± 0,016 | 1/2 | $0^−$ | 1 | 0 | 0 | 1,2380 ± $0,0021×10^{−8}$ | $μ^+$ + $ν_μ$ o π+ + π⁰ o π⁰ + $e^+$ + $ν_e$ o π+ + π⁰ |
| Kaone | K⁰ | K⁰ | ds | 497, 614 ± 0,024 | 1/2 | $0^−$ | 1 | 0 | 0 | $^{[c]}$ | $^{[c]}$ |
| Kaone breve | $K⁰_S$ | Lo stesso | $\mathrm {\tfrac {d{\bar {s}}-s{\bar {d}}}{\sqrt {2}}}$ $^{[e]}$ | 497,614 ± 0,024 $^{[d]}$ | 1/2 | $0^−$ | (*) | 0 | 0 | 8,953 ± $0,005×10^{−11}$ | $π^+$ + π⁻ o π⁰ + π⁰ |
| Kaone lungo | $K⁰_L$ | Lo stesso | $\mathrm {\tfrac {d{\bar {s}}+s{\bar {d}}}{\sqrt {2}}}$ $^{[e]}$ | 497,614 ± 0,024 $^{[d]}$ | 1/2 | $0^−$ | (*) | 0 | 0 | 5,116 ± $0,020×10^{−8}$ | $π^±$ + $e^∓$ + $ν_e$ o $π^±$ + $μ^∓$ + $ν_μ$ o π⁰ + π⁰ + π⁰ o $π^+$ + π⁰ + π⁻ |
| Mesone D | $D^+$ | D⁻ | cd | 1869,62 ± 0,20 | 1/2 | $0^−$ | 0 | +1 | 0 | 1,040 ± $0,007×10^{−12}$ | Vedi modi di decadimento di $D^+$ (PDF). |
| Mesone D | D⁰ | D⁰ | cu | 1864,84 ± 0,17 | 1/2 | $0^−$ | 0 | +1 | 0 | 4,101 ± $0,015×10^{−13}$ | Vedi modi di decadimento di D⁰ (PDF). |
| Mesone D strange | $D^+_s$ | $D⁻_s$ | cs | 1968,49 ± 0,34 | 0 | $0^−$ | +1 | +1 | 0 | 5,00 ± $0,07×10^{−13}$ | Vedi modi di decadimento di $D^+_s$ (PDF). |
| Mesone B | $B^+$ | B⁻ | ub | 5279,15 ± 0,31 | 1/2 | $0^−$ | 0 | 0 | +1 | 1,638 ± $0,011×10^{−12}$ | Vedi modi di decadimento di $B^+$ (PDF). |
| Mesone B | B⁰ | B⁰ | db | 5279,53 ± 33 | 1/2 | $0^−$ | 0 | 0 | +1 | 1,530 ± $0,009×10^{−12}$ | Vedi modi di decadimento di B⁰ (PDF). |
| Mesone B strange | $B⁰_s$ | $B⁰_s$ | sb | 5366,3 ± 0,6 | 0 | $0^−$ | −1 | 0 | +1 | $1,470+0,026×10^{−12}$ $1,470−0,027×10^{−12}$ | Vedi modi di decadimento di $B⁰_s$ (PDF). |
| Mesone B charmed | $B^+_c$ | $B⁻_c$ | cb | 6276 ± 4 | 0 | $0^−$ | 0 | +1 | +1 | 4,6 ± $0,7×10^{−13}$ | Vedi modi di decadimento di $B^+_c$ (PDF). |

$^{[a]}$ Costituzione (makeup) inesatta a causa della masse "diverse da zero" dei quark. $^{[b]}$ Il PDG riporta la larghezza di risonanza (Γ). Qui invece viene data la conversione di τ = ħ/Γ. $^{[c]}$ Autostato (eigenstate) forte. Nessuna durata di vita definita $^{[d]}$ La massa di $K⁰_L$ e di $K⁰_S$ sono date come quella di K⁰. Tuttavia, si sa che esiste una differenza tra le masse di $K⁰_L$ e $K⁰_S$ dell'ordine di $2,2×10^{−11}$ $MeV/c^2.$ $^{[e]}$ Autostato debole. La composizione viene a mancare del piccolo termine della violazione del CP.

### Mesoni vettori

Mesoni vettori :

| Nome della particella | Simbolo della particella | Simbolo della antiparticella | Quark contenuti | Massa a riposo $(MeV/c^2)$ | I | J | S | C | B' | Vita media (s) | Comunemente decade in (>5% di decadimenti) |
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
| Mesone rho charged | $ρ^+(770)$ | ρ⁻(770) | ud | 775,4 ± 0,4 | $1^+$ | $1^−$ | 0 | 0 | 0 | $~4,5×10^{−24}$ $^{[f]}^{[g]}$ | $π^+$ + π⁰ |
| Mesone rho neutro | ρ⁰(770) | Lo stesso | $\mathrm {\tfrac {u{\bar {u}}-d{\bar {d}}}{\sqrt {2}}}$ | 775,49 ± 0,34 | $1^+$ | $1^{−−}$ | 0 | 0 | 0 | $~4,5×10^{−24}$ $^{[f]}^{[g]}$ | $π^+$ + π⁻ |
| Mesone omega | ω(782) | Lo stesso | $\mathrm {\tfrac {u{\bar {u}}+d{\bar {d}}}{\sqrt {2}}}$ | 782,65 ± 0,12 | $0^−$ | $1^{−−}$ | 0 | 0 | 0 | 7,75 ± $0,07×10^{−23}$ $^{[f]}$ | $π^+$ + π⁰ + π⁻ o π⁰ + γ |
| Mesone phi | φ(1020) | Lo stesso | ss | 1019,445 ± 0,020 | $0^−$ | $1^{−−}$ | 0 | 0 | 0 | 1,55 ± $0,01×10^{−22}$ $^{[f]}$ | $K^+$ + K⁻ o $K⁰_S$ + $K⁰_L$ o (ρ + π) / (π+ + π⁰ + π⁻) |
| J/Psi | J/ψ | Lo stesso | cc | 3096,916 ± 0,011 | $0^−$ | $1^{−−}$ | 0 | 0 | 0 | 7,1 ± $0,2×10^{−21}$ $^{[f]}$ | Vedi modi di decadimento di J/psi(1S) (PDF). |
| Mesone upsilon | ϒ(1S) | Lo stesso | bb | 9460,30 ± 0,26 | $0^−$ | $1^{−−}$ | 0 | 0 | 0 | 1,22 ± $0,03×10^{−20}$ $^{[f]}$ | Vedi modi di decadimento di ϒ(1S) (PDF). |
| Kaone | $K^{∗+}$ | $K^{∗⁻}$ | us | 891,66 ± 0,026 | 1/2 | $1^−$ | 1 | 0 | 0 | $~7,35×10^{−20}$ $^{[f]}^{[g]}$ | Vedi modi di decadimento di $K^∗(892)$ (PDF). |
| Kaone | $K^{∗0}$ | $K^{∗0}$ | ds | 896,00 ± 0,025 | 1/2 | $1^−$ | 1 | 0 | 0 | 7,346 ± $0,002×10^{−20}$ $^{[f]}$ | Vedi modi di decadimento di $K^{∗0}(892)$ (PDF). |
| Mesone D | $D^{∗+}(2010)$ | $D^{∗⁻}(2010)$ | cd | 2010,27 ± 0,17 | 1/2 | $1^−$ | 0 | +1 | 0 | 6,9 ± $1,9×10^{−21}$ $^{[f]}$ | D⁰ + π+ o D+ + π⁰ |
| Mesone D | $D^{∗0}(2007)$ | $D^{∗0}(2007)$ | cu | 2006,97 ± 0,19 | 1/2 | $1^−$ | 0 | +1 | 0 | $>3,1×10^{−22}$ $^{[f]}$ | D⁰ + π⁰ o D⁰ + γ |
| Mesone D strange | $D^{∗+}_s$ | $D^{∗⁻}_s$ | cs | 2112,3 ± 0,5 | 0 | $1^−$ | +1 | +1 | 0 | $>3,4×10^{−22}$ $^{[f]}$ | D∗+ + γ o D∗+ + π⁰ |
| Mesone B | $B^{∗+}$ | $B^{∗⁻}$ | ub | 5325,1 ± 0,5 | 1/2 | $1^−$ | 0 | 0 | +1 | Sconosciuta | B+ + γ |
| Mesone B | $B^{∗0}$ | $B^{∗0}$ | db | 5325,1 ± 0,5 | 1/2 | $1^−$ | 0 | 0 | +1 | sconosciuta | B⁰ + γ |
| Mesone B strange | $B^{∗0}_s$ | $B^{∗0}_s$ | sb | 5412,8 ± 1,3 | 0 | $1^−$ | −1 | 0 | +1 | Sconosciuta | $B⁰_s$ + γ |
| Mesone B charmed $^†$ | $B^{∗+}_c$ | $B^{∗⁻}_c$ | cb | Sconosciuta | 0 | $1^−$ | 0 | +1 | +1 | Sconosciuta | Sconosciuti |

$^{[f]}$ Il PDG riporta la larghezza di risonanza (Γ). Qui invece viene data la conversione di τ = ħ/Γ. $^{[g]}$ L'esatto valore dipende dal metodo usato. Vedi la sezione dei riferimenti per ulteriori dettagli.

