Mezon Molekülleri ve X(3872)

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "Mezon Molekülleri ve X(3872)"

Süleiman Babaoğlu
8 yıl önce
İzleme sayısı:

1 Mezon Molekülleri ve X(3872) A. Özpineci Fizik Bölümü ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İZYEF 2013

4 Yeni fizik olduğundan emin miyiz?

5 Yeni fizik olduğundan emin miyiz? = Yeni fizik olmasını istiyoruz, ama istek gözlem değildir

6 Yeni fizik olduğundan emin miyiz? = Yeni fizik olmasını istiyoruz, ama istek gözlem değildir K. Lawson and A. R. Zhitnitsky, Quark (Anti) Nugget Dark Matter, arxiv: [astro-ph.co]. In this proposal we argue that two of the largest open questions in cosmology, the origin of the matter/antimatter asymmetry and the nature of the dark matter (DM), may have their origin within a single theoretical framework. Furthermore, both effects may originate at the same cosmological epoch from one and the same QCD physics. F. R. Urban and A. R. Zhitnitsky, The QCD nature of Dark Energy, Nucl. Phys. B 835, 135 (2010) [arxiv: [astro-ph.co]].

7 Motivasyon 4 Kuark I çeren Sistemler A. Özpineci Mezon Molekülleri ve X (3872)

8 İçindekiler Motivasyon 1 Motivasyon 2 Göreli Olmayan Kuark Modeli Exotic Mezonlar 3 Mezon Molekulleri X(3872) 4

9 Motivasyon Son yıllarda, gerek BHÇ de, gerekse daha önceden var olan hızlandırıcılarda pek çok yeni rezonans keşfedildi. Bu yeni rezonansların bir kısmı, geleneksel mezon veya baryon olarak tasvir edilebilirken, bir kısmı bu tanımlama ile çelişen özellikler göstermektedir. Bu sene içinde, CERN de de gözlemlenen yüklü Z c mezon bunlara örnektir Bu yeni keşfedilen rezonansları açıklamak için alternatif modeller önerilmektedir Bu alternatif modellerin bir kısmı, mezon/baryon moleküller, tetrakuarklar, hibrit modellerdir

10 Kuantum Renk Dinamiği-KRD Göreli Olmayan Kuark Modeli Exotic Mezonlar Evrenin bilinen kütlesinin büyük çoğunluğu hadronlardan (çoğunlukla proton ve nötron) oluşur Hadronları iki genel guruba ayırabiliriz 1 Mezonlar - tam spine sahip hadronlar 2 Baryonlar - yarımlı spine sahip hadronlar Hadronların geleneksel resminde, mezonlar, bu kuark bir tane de anti kuarktan (anti) baryonlar ise üç tane (anti) kuarktan oluşan bağıl durumlardır. Bu tanım her çeşni sektörünün düşük kütleli durumları için iyi çalışmakla beraber, yüksek kütleli durumlarda sorunlarla karşılaşılmaktadır.

11 Göreli Olmayan Kuark Modeli Exotic Mezonlar Göreli Olmayan Kuark Modelinde Mezon Tayfı Her ne kadar, geleneksel resimde, mezonları bir kuark, bir tane de karşıt kuarktan oluşan sistemler olarak tasvir etsek de, bu parçacıkların dalga fonksiyonları olarak yazılabilir M = a q q + b q qg + c q qq q + (1) Geleneksel resmin bize söylediği, bu açılımda birinci terimin, diğer terimleri domine ettiğidir.

12 Göreli Olmayan Kuark Modeli Exotic Mezonlar Diğer terimleri ihmal edersek, ve mezonun içindeki kuarklar yavaş hareket ediyor ise, quarklar arasında bir potansiyel yazıp V = α s + kr (2) r kuarklar için Schroedinger denklemini çözebiliriz Schroedinger denkleminin öz durumları, mezon tayfını verecektir. Sistemin dönme simetrisinden dolayı, mezonlari l, s ve J kuantum sayılarını kullanarak sınıflandırabiliriz.

13 Göreli Olmayan Kuark Modeli Exotic Mezonlar Mezonların uzay paritesi, ve C pariteleri, bu kuantum sayıları cinsinden P = ( 1) l+1 C = ( 1) l+s (3) Bu resimde bazı J, C ve P kombinasyonları mümkün değildir: C = P durumlarına bakacak olursak, bu durumlar s = 0 durumlarıdır Dolayısıyla J = l olacaktır. Eğer P = ( 1) J+1 değilse, bu sistem bir kuark bir tane de anti kuarktan oluşamaz. Kuark-anti-kuark sisteminde mümkün olmayan bir rezonansın dalga fonksiyonu: M = a q q + b q qg + c q qq q + (4)

14 Göreli Olmayan Kuark Modeli Exotic Mezonlar Mezonların uzay paritesi, ve C pariteleri, bu kuantum sayıları cinsinden P = ( 1) l+1 C = ( 1) l+s (3) Bu resimde bazı J, C ve P kombinasyonları mümkün değildir: C = P durumlarına bakacak olursak, bu durumlar s = 0 durumlarıdır Dolayısıyla J = l olacaktır. Eğer P = ( 1) J+1 değilse, bu sistem bir kuark bir tane de anti kuarktan oluşamaz. Kuark-anti-kuark sisteminde mümkün olmayan bir rezonansın dalga fonksiyonu: M = b q qg + c q qq q + (4)

15 Göreli Olmayan Kuark Modeli Exotic Mezonlar J PC kuantum sayıları dışında elektrik yükü de egzotik mezonları belirlemede kullanılabilinir: Geleneksel bir mezonun elektric yükü +1, 0 veya 1 olabilir. Kuarkoniumlar (çarmonyum veya botomonyum elektrik yükü sıfırdır. Bunların dışında bir elektrik yüküne sahip kuarkonyum geleneksel bir mezon olamaz (örnek yüklü Z c )

16 Göreli Olmayan Kuark Modeli Exotic Mezonlar 4800 Meson kutleleri D 1 (4.52) S 1 (4.45) D 1 (4.19) 2 1 D 2 (4.21) 2 3 D 2 (4.21) 2 3 D 3 (4.22) Kutle (Mev) S 0 (4.06) 2 3 P 0 (3.92) 2 1 S 0 (3.62) 3 3 S 1 (4.10) 2 3 P 1 (3.95) 1 3 D 1 (3.82) 2 3 S 1 (3.68) 1 3 P 1 (3.51) 1 1 P 1 (3.52) 1 3 F 2 (4.09) P 2 (3.98) 1 (3.96) 1 3 P 2 (3.55) 1 3 F (4.10) F 3 (4.09) 1 3 F 4 (4.09) 1 1 D 2 (3.84) 1 3 D 2 (3.84) 1 3 D 3 (3.85) P 0 (3.44) S 1 (3.10) S 0 (2.97) J PC

17 Mezon Molekulleri X(3872) Kuark-anti-kuark ve kuark-kuark (anti kuark-anti kuark) arasından çekim kuvveti olduğundan, dört kuarklı sistemlerde, kuarklar gruplanacaktır: 1 1

18 Mezon Molekulleri X(3872) Kuramsal olarak molekülleri bulabilmek için, ilgili mezonların saçılma tesil kesiti hesaplanır (bütün mertebelerde) Rezonans varsa, s = s R noktasında tesir kesitinde tekillik olacaktır m R = Re s R, Γ = 2Im s R olarak kütlesi ve genişliği elde edilebilir. m R = m 1 + m 2 B olarak da yazılabilir (m i molekülü oluşturan mezonların kütlesi, B bağlanma enerjisi)

19 X(3872) Motivasyon Mezon Molekulleri X(3872) İlk olarak 2003 yılında, BELLE tarafından B ± K ± π + π J/ψ bozunumunda gözlemlendi Aynı yıl CDF tarafından da p p, s = 1.96 GeV ağırlık merkezi enerjisinde onaylandı.

20 Mezon Molekulleri X(3872) J PC = 1 ++ olduğu, bu yıl LHCb tarafından ölçüldü. (Phys. Rev. Lett. 110, (2013)) Kütlesi X(3872) mezonun kütlesine en yakın göreli olmayan kuark model durumu 2 3 P 1 (3.95)

21 Mezon Molekulleri X(3872) Gözlemlenen bozunmalarından iki tanesi X J/ψρ(2π) and X J/ψω(3π) Bu iki bozunmanın dallanma oranları yaklaşık olarak aynı: I ρ = 1, I ω = 0 Br(X J/ψρ) Br(X J/ψω) 1 (5)

22 Mezon Molekulleri X(3872) X(3872) nin yapısı ile ilgili bir ipucu da kütlesi: m X m D 0 m D 0 = 0.16 MeV ve m X m D + m D = 8.2 MeV Eğer, X(3872) bir DD molekülü ise, oldukça zayıf bağlı bir molekül: B D 0 D 0 = 0.16 MeV ve B D ± D = 8.2 MeV J PC = 1 ++ kuantum sayılarına sahip kombinasyon: X(3872) = 1 2 ( D D DD ) (6) Yukarıda ayrıca yüklü ve yüksüz D mezonlar üzerinden bir toplam da bulunmaktadır

23 Mezon Molekulleri X(3872) Dalga fonksiyonlari cinsinden düşünüldüğünde, yüklü ve yüksüz D mezonların dalga fonksiyonlari e Br şeklinde davranacaklardır. Yüklü D mezonlarının dalga fonksiyonları daha çabuk azaldığından, daha yakın bir mesafede durma eğiliminde olacaklardır. Ama daha yakın dururlar ise, birbirlerini yok etme ihtimalleri daha fazla olacağından, öz durumda yüklü D mezonlarının ağırlığı, yüksüzlere oranla çok daha az olacaktır. Bu sebeple, X(3872) mezonunun yüksüz D mezon molekülü olarak gözlemlenmesi daha yüksek bir olasılıktır.

24 Mezon Molekulleri X(3872) Oysa, I = 0 veya I = 1 durumu olsa idi, yüksüz veya yüklü D mezonlarının molekülü olarak gözlemlenme ihtimalleri eşit olmalıydır. Bu moleküler resim, X(3872) mezonunun kütlesini açıklayabildiği gibi, isospin bozunmasını da açıklar Sadece molekül resmi ile p p çarpışmalarındaki oluşma miktarını açıklamak ise zordur. Dolayısı ile, X(3872) nin içinde ayrıca c c kısmı da olmalıdır Bu bileşen %(5 10) mertebesinde tahmin edilmektedir (M. Takizawa, S. Takeuchi, arxiv: )

25 Mezon Molekulleri X(3872) c kuark, KRD için oldukça ağır bir kuarktır. Bir fermiyonun spininin etkileşimleri kütlesi ile ters orantılıdır. X(3872) mezonunun (kütle gibi) özelliklerinde spinin etkisinin az olması beklenir X(3872) mezonu, bir D ve D mezon molekülünün J PC = 1 ++ kombinasyonu ise, bu molekülde hafif kuarkların toplam spini 1, ağır kuarkların toplam spini de 1 dir

26 Mezon Molekulleri X(3872) İki spin 1 i topladığımızda, toplam spin 0, 1 veya 2 olabilir, ve bunların kütleleri yaklaşık olarak eşit olmalıdır Ağır kuarkların toplam spininin 0 oldugu bir başka durum daha olabilir. Bu durumun toplam spini birdir, ve kütlesi diğer üç durumun kütlerlerıne yaklaşık olarak eşit olmalıdır Bu yaklaşık olarak dejenere dört durumun hepsi için gözlemlenmiş bir aday yoktur.

27 The hardest thing of all is to find a black cat in a dark room, especially if there is no cat. KRD tayfında doldurulmayı bekleyen pek çok boşluk var İç yapıları anlaşılmayı bekleyen de pek çok rezonans var

Benzer belgeler

STANDART MODEL ÖTESİ YENİ FİZİK

STANDART MODEL ÖTESİ YENİ FİZİK MUSA ÖZCAN TTP 8 (CERN TÜRK ÖĞRETMEN ÇALIŞTAYI 8) 21-27 OCAK 2018 1 Bugünü anlamak için, geçmişe bakmak. Büyüğü anlamak için, en küçüğe bakmak. *TTP 8 Güncel sorunlar Gökhan