η-Meson

Das η-Meson (Eta-Meson) und das η′-Meson (lies: „Eta-Strich-Meson“) sind Mesonen. Sie unterliegen der starken Wechselwirkung und gehören damit zu den Hadronen.

η
Klassifikation
Boson Hadron Meson
Eigenschaften
elektrische Ladung	neutral
Ruheenergie	547,862(18) MeV
SpinParität	0−
Isospin	0   (Iz = 0)
mittlere Lebensdauer	5,0(2) · 10−19 s
Zerfallsbreite	0,00131(5) MeV
Wechselwirkungen	stark schwach elektromagnetisch Gravitation
Valenzquarks	${\tfrac {u{\bar {u}}+d{\bar {d}}-2s{\bar {s}}}{\sqrt {6}}}$

η′
Eigenschaften
elektrische Ladung	neutral
Ruheenergie	957,78(6) MeV
SpinParität	0−
Isospin	0   (Iz = 0)
mittlere Lebensdauer	3,32(15) · 10−21 s
Zerfallsbreite	0,198(9) MeV
Valenzquarks	${\tfrac {u{\bar {u}}+d{\bar {d}}+s{\bar {s}}}{\sqrt {3}}}$

Beschreibung

Im Quarkmodell sind η und η′ eine Mischung der drei Quark-Antiquark-Zustände uu, dd und ss der Up-, Down- und Strange-Quarks. Beide Zustände η und η′ haben eine Hyperladung $Y=0$ sowie einen Isospin $I=0$ und stehen im Multiplett der pseudoskalaren Mesonen an der gleichen Stelle wie das neutrale Pion $\pi ^{0}$.

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

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

$(u{\bar {u}}+d{\bar {d}}-2s{\bar {s}})/{\sqrt {6}}$ mit $\eta _{8}$, einem η-Zustand im $SU(3)\otimes SU({\bar {3}})$-Oktett

$(u{\bar {u}}+d{\bar {d}}+s{\bar {s}})/{\sqrt {3}}$ mit $\eta _{1}$, einem η-Zustand im $SU(3)\otimes SU({\bar {3}})$-Singulett.

Die physikalischen (Massen-)Zustände η und η′ ergeben sich wiederum als Linearkombinationen von η₈ und η₁:

$\left({\begin{array}{cc}\cos \theta _{\mathrm {P} }&-\sin \theta _{\mathrm {P} }\\\sin \theta _{\mathrm {P} }&\cos \theta _{\mathrm {P} }\end{array}}\right)\left({\begin{array}{c}\eta _{8}\\\eta _{1}\end{array}}\right)=\left({\begin{array}{c}\eta \\\eta '\end{array}}\right).$

Der so eingeführte Mischungswinkel $\theta _{P}$ hat einen experimentellen Wert, der stark modellabhängig ist und zwischen −10° und −20° liegt. Das η-Meson entspricht demnach fast dem Oktett-Zustand η₈, mit einer Beimischung von wenigen Prozent des Singulett-Zustands η₁; beim η′-Meson ist es entsprechend umgekehrt:

$\eta \approx \eta _{8}$

$\eta '\approx \eta _{1}$.

Das η-Meson wurde zuerst im Jahre 1961 am Lawrence Radiation Laboratory in Pion-Deuteron-Reaktionen nachgewiesen.

Bei den Flavours Charm und Bottomness treten ebenfalls pseudoskalare Mesonen auf, die wegen der großen Masse des c- und des b-Quarks aber nur wenig mit den leichten Quarkzuständen mischen. Das η_c und das η_b sind deshalb praktisch reine Quarkonium-Zustände cc bzw. bb.

Zerfallskanäle

Das η-Meson kann über verschiedene Kanäle zerfallen; am häufigsten sind der Zerfall in drei Pionen (π⁺π⁻π⁰ oder 3 π⁰) mit rund 55 % und der Zerfall in zwei Photonen mit 39 %. Der Zerfall in zwei Pionen ist verboten, weil er die Parität und auch die CP-Invarianz verletzen würde.

Die Hauptzerfallskanäle des η′ sind mit einem Anteil von rund 65 % der Zerfall in ein η-Meson und zwei Pionen (π⁺π⁻η oder π⁰π⁰η) und mit insgesamt 29 % der Zerfall in ρ⁰γ oder π⁺π⁻γ.

Literatur

• Francis Halzen, Alan Douglas Martin: Quarks and leptons: an introductory course in modern particle physics. 1. Auflage. Wiley, New York 1984, ISBN 0-471-88741-2.

Siehe auch

• Liste der Mesonen