# Quarkônio

Em física de partículas, quarkônio ou quarcónio (de quark + ônio) designa um méson sem sabor que é constituído de um quark e seu próprio antiquark. Exemplos de quarkônio são os J/ψ méson ( um exemplo de charmônio, c c ) e o méson ϒ (bottomônio, b b ). Por causa da grande massa do quark top do antiquark top, o topônio não existe, desde que esse par quark-antiquark decai através da interação fraca antes mesmo que a interação forte se manifeste criando esse méson.
Usualmente o quarkônio refere-se apenas ao charmônio e o bottomônio, e não a algum estado de ligação quark-antiquark de quarks leves. Isso ocorre porque o quarks leves:quark up, quark down e quark strange são muito menos massivos que os quarks pesados como o quark charm,quark bottom e o quark top, e portanto os estados físicos na verdade são vistos em experimentos são misturas de estados de quarks leves na mecânica quântica. A grande diferença de massas entre os quarks charme e inferior e os quarks leves resultam em estados bem definidos em termos de par quark-antiquark de um dado sabor.

## Estados de charmônio

Na tabela a seguir, a mesma partícula pode ser nomeada com a notação espectroscópica ou com a sua massa. Em muitos casos série de excitação são usadas: Ψ' é para a primeira excitação de Ψ (por razões históricas, essa partícula é chamada de partícula J/ψ); Ψ" é o segundo estado de excitação. Nomes na mesma são sinônimos.
Alguns do estados são previstos, mas não foram observados; outros não são confirmados. Os números quânticos da partícula X(3872) foi medida recentemente pelo experimento LHCb no CERN . Essa medida lançou luz sobre a sua identidade, excluindo a terceira opção em são:
* Um candidato para o estado 1$^1$D$_2$;
* Um estado de charmônio híbrido;
* Uma molécula $D^{0}{\bar {D}}^{*0}$.
Em 2005, o experimento BaBar anunciou a descoberta de um novo estado: Y(4260). CLEO e Belle têm colaborado com essas observações. No começo, Y(4260) foi pensado par ser um estado de charmônio, mas as evidências sugerem que mais explicações exóticas, como a molécula D, uma construção de 4-quark, ou um méson híbrido.
| Símbolo n$^{2S+1}$L$_J$ | I(J) | Partícula | Massa (MeV/c$^2$) |
| 1$^1$S$_0$ | 0$^+$(0$^{−+}$) | η$_c$(1S) | 7003298030000000000♠2980.3±1.2 |
| 1$^3$S$_1$ | 0$^−$(1$^{−−}$) | J/ψ(1S) | 7003309691600000000♠3096.916±0.011 |
| 1$^1$P$_1$ | 0$^−$(1$^{+−}$) | h$_c$(1P) | 7003352593000000000♠3525.93±0.27 |
| 1$^3$P$_0$ | 0$^+$(0$^{++}$) | χ$_{c0}$(1P) | 7003341475000000000♠3414.75±0.31 |
| 1$^3$P$_1$ | 0$^+$(1$^{++}$) | χ$_{c1}$(1P) | 7003351066000000000♠3510.66±0.07 |
| 1$^3$P$_2$ | 0$^+$(2$^{++}$) | χ$_{c2}$(1P) | 7003355620000000000♠3556.20±0.09 |
| 2$^1$S$_0$ | 0$^+$(0$^{−+}$) | η$_c$(2S), or η′ c | 7003363700000000000♠3637±4 |
| 2$^3$S$_1$ | 0$^−$(1$^{−−}$) | ψ(3686) | 7003368609000000000♠3686.09±0.04 |
| 1$^1$D$_2$ | 0$^+$(2$^{−+}$) | η$_{c2}$(1D) | |
| 1$^3$D$_1$ | 0$^−$(1$^{−−}$) | ψ(3770) | 7003377292000000000♠3772.92±0.35 |
| 1$^3$D$_2$ | 0$^−$(2$^{−−}$) | ψ$_2$(1D) | |
| 1$^3$D$_3$ | 0$^−$(3$^{−−}$) | ψ$_3$(1D) | |
| 2$^1$P$_1$ | 0$^−$(1$^{+−}$) | h$_c$(2P) | |
| 2$^3$P$_0$ | 0$^+$(0$^{++}$) | χ$_{c0}$(2P) | |
| 2$^3$P$_1$ | 0$^+$(1$^{++}$) | χ$_{c1}$(2P) | |
| 2$^3$P$_2$ | 0$^+$(2$^{++}$) | χ$_{c2}$(2P) | |
| ?$^?$?$_?$ | 1$^{++}$† | X(3872) | 7003387220000000000♠3872.2±0.8 |
| ?$^?$?$_?$ | ?$^?$(1$^{−−}$) | Y(4260) | 7003426300000000000♠4263+8 −9 |
Notes:
    $^*$ Precisa de confirmação.
    $^†$ Predito mas não identificado ainda.
    $^†$ Interpretado como um estado de charmônio 1$^{−−}$ insípido.

## Estados de bottomônio

Na tabela a seguir, a mesma partícula pode ser nomeada com a notação espectroscópica ou com a sua massa.
Muitas desses estados são previstos, mas não foram identificado; outros não são confirmados.
| Símbolo n$^{2S+1}$L$_J$ | I(J) | Partícula | Massa (MeV/c$^2$) |
| 1$^1$S$_0$ | 0$^+$(0$^{−+}$) | η$_b$(1S) | 7003939090000000000♠9390.9±2.8 |
| 1$^3$S$_1$ | 0$^−$(1$^{−−}$) | Υ(1S) | 7003946029999999999♠9460.30±0.26 |
| 1$^1$P$_1$ | 0$^−$(1$^{+−}$) | h$_b$(1P) | |
| 1$^3$P$_0$ | 0$^+$(0$^{++}$) | χ$_{b0}$(1P) | 7003985944000000000♠9859.44±0.52 |
| 1$^3$P$_1$ | 0$^+$(1$^{++}$) | χ$_{b1}$(1P) | 7003989276000000000♠9892.76±0.40 |
| 1$^3$P$_2$ | 0$^+$(2$^{++}$) | χ$_{b2}$(1P) | 7003991220999999999♠9912.21±0.40 |
| 2$^1$S$_0$ | 0$^+$(0$^{−+}$) | η$_b$(2S) | |
| 2$^3$S$_1$ | 0$^−$(1$^{−−}$) | Υ(2S) | 7004100232600000000♠10023.26±0.31 |
| 1$^1$D$_2$ | 0$^+$(2$^{−+}$) | η$_{b2}$(1D) | |
| 1$^3$D$_1$ | 0$^−$(1$^{−−}$) | Υ(1D) | |
| 1$^3$D$_2$ | 0$^−$(2$^{−−}$) | Υ$_2$(1D) | 7004101611000000000♠10161.1±1.7 |
| 1$^3$D$_3$ | 0$^−$(3$^{−−}$) | Υ$_3$(1D) | |
| 2$^1$P$_1$ | 0$^−$(1$^{+−}$) | h$_b$(2P) | |
| 2$^3$P$_0$ | 0$^+$(0$^{++}$) | χ$_{b0}$(2P) | 7004102325000000000♠10232.5±0.6 |
| 2$^3$P$_1$ | 0$^+$(1$^{++}$) | χ$_{b1}$(2P) | 7004102554599999999♠10255.46±0.55 |
| 2$^3$P$_2$ | 0$^+$(2$^{++}$) | χ$_{b2}$(2P) | 7004102686500000000♠10268.65±0.55 |
| 3$^3$S$_1$ | 0$^−$(1$^{−−}$) | Υ(3S) | 7004103552000000000♠10355.2±0.5 |
| 3$^3$P$_J$ | 0$^+$(J$^{++}$) | χ$_b$(3P) | 7004105300000000000♠10530±5 (stat.) ± 9 (syst.) |
| 4$^3$S$_1$ | 0$^−$(1$^{−−}$) | Υ(4S) or Υ(10580) | 7004105794000000000♠10579.4±1.2 |
| 5$^3$S$_1$ | 0$^−$(1$^{−−}$) | Υ(10860) | 7004108650000000000♠10865±8 |
| 6$^3$S$_1$ | 0$^−$(1$^{−−}$) | Υ(11020) | 7004110190000000000♠11019±8 |
Notas:
    $^*$ Resultados preliminares.necessita de confirmação.
O estado χ$_b$ (3P) foi o primeiro estado de partícula descoberto no Large Hadron Collider. O artigo sobre essa descoberta foi submetido no arXiv em 21 de dezembro de 2011. Em abril de 2012, experimentos DØ no Tevatron confirmaram o resultado em um artigo publicado em Phys. Rev. D.

## QCD e quarkônio

A computação das propriedades dos mésons na cromodinâmica quântica (QCD) é totalmente não pertubativa. Como resultado, o único método geral disponível é uma computação direta usando técnicas do retículo QCD (LQCD). Contudo, outras técnicas são efetivas para quarkônios pesados.
Os mésons de quarks leves movem-se em velocidades relativísticas, já que a massa do estado de ligação é muito maior que a massa do quark. Contudo, a velocidade dos quarks charm e bottom em seus respectivos quarkônios é suficiente pequena, então efeitos relativísticos afetam essem estados, porém menos. A velocidade estimada é de 0.3 vezes a velocidade da luz para o charmônio e 0.1 vezes a velocidade da luz para o bottomônio. A computação pode ser aproximada por uma expansão em poderes de v/c e v$^2$/c$^2$. Essa técnica é chamada QCD não relativística (NRQCD).
NRQCD também tem sido quantizada como a teoria de retículo gauge, que providencia outra técnica para cálculos de LQCD para se usar. Boas aceitações da massa do bottomônio, e isso provê um dos melhores testes não perturbativos do LQCD. Para as medidas de massa do charmônio a aceitação não é muito boa, mas a comunidade LQCD está ativamento trabalhando em desenvolver as suas técnicas. O trabalho também tem sido feito em cálculos de propriedades de quarkônio e estados de transição entre estados.