# Mesone

In fisica delle particelle, i mesoni sono un gruppo di particelle subatomiche composte da un numero pari di quark e antiquark (solitamente una coppia) legati dalla forza forte.
Sono particelle instabili e decadono tipicamente in fotoni o in leptoni. I quark e gli 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.

## Origine del nome

Il nome mesone deriva dal greco μέσον (méson), che vuol dire medio, intermedio, con riferimento alla loro massa, che è intermedia tra quella dei barioni (maggiore) e quella dei leptoni (minore). Inizialmente il fisico Yukawa, premio Nobel che per primo condusse studi approfonditi sull'argomento, scelse il nome «mesotrone», in rima con quello del neutrone o dell'elettrone, ma Heisenberg corresse poi in «mesone», facendo notare che nel termine greco (méson) quel "tr" non c'è. Il nome neutrone, infatti, deriva dal latino (neuter o neutralis) e in greco non c'è un nome somigliante con quel significato ("neutro" in greco è οὐδέτερος, udéteros). Il termine "mesotrone", che alcuni inizialmente adottarono, è ormai del tutto obsoleto.

## 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.