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.

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 ${\displaystyle Y=0}${\displaystyle Y=0} sowie einen Isospin ${\displaystyle I=0}${\displaystyle I=0} und stehen im Multiplett der pseudoskalaren Mesonen an der gleichen Stelle wie das neutrale Pion ${\displaystyle \pi ^{0}}${\displaystyle \pi ^{0}}.

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

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

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

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

Die physikalischen (Massen-)Zustände η und η′ ergeben sich wiederum als Linearkombinationen von η₈ und η₁:^[2]

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

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

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

Das η-Meson wurde zuerst im Jahre 1961 am Lawrence Radiation Laboratory in Pion-Deuteron-Reaktionen nachgewiesen.^[3]

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.

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.

• 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.

• Liste der Mesonen

1. ↑ ^{a b} Die Angaben über die Teilcheneigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, entnommen aus: J. Beringer et al. (Particle Data Group): 2013 Review of Particle Physics. In: Physical Review D. Bd. 86, 2012, 010001 und 2013 partial update for the 2014 edition. Particle Data Group, abgerufen am 22. Mai 2018 (englisch). 
2. ↑ Reviews – Quark Model (PDF; 644 kB) aus K. Nakamura et al. (Particle Data Group): Review of Particle Physics. In: Journal of Physics G 37 (2010) 075021.
3. ↑ A. Pevsner u. a.: Evidence for a three-pion resonance near 550 Mev. In: Physical Review Letters. Bd. 7, Nr. 11, 1961, S. 421–423, doi:10.1103/PhysRevLett.7.421 .

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