מזון (חלקיק)

מֵזוֹן (מלועזית: Meson) הוא חלקיק תת-אטומי המורכב מקווארק ומאנטי-קווארק עם מטעני צבע נגדיים. כמו באריונים, מזונים הם האדרונים. כל המזונים הם בעלי ספין שהוא מספר שלם (integer spin). לפיכך, כל מזון הוא בוזון. לרוב, מזון מכיל קווארקים עם טעמים (flavors) שונים. כך, לדוגמה, קווארק למעלה וקווארק אנטי-למטה מרכיבים יחד פאיון טעון חיובית. לעומת זאת, ישנם מזונים המורכבים מקווארקים בעלי טעם ואנטי-טעם תואמים – לדוגמה, קווארק למעלה עם קווארק אנטי-למעלה, המרכיבים יחד פאיון נייטרלי. מזונים כאלו, שהם נטולי-טעם (עקב הביטול ההדדי של הטעמים), נוטים להיות בעלי אורך חיים קצר משמעותית משל מזונים בעלי-טעם. זאת, מכיוון שכאשר קווארק והאנטי-חלקיק שלו נפגשים, הם מאיינים זה את זה. על כן, לדוגמה, אורך החיים של הפאיונים הטעונים גדול בכ-8.5 סדרי גודל מזה של הפאיון הנייטרלי. רוב המסה של מזונים, כמו זו של שאר ההאדרונים, מגיעה מאנרגיית הקשר הכרומודינמית שמכיל המזון, יותר מאשר מהסכום של מסות המנוחה של קווארקי הערכיות (valence quarks), הקווארקים הקובעים את המספרים הקואנטיים של הטעם (flavor quantum numbers) של החלקיק. קיימים מזונים שונים שיש להם אותו הרכב של קווארקי ערכיות, אך כמות אנרגיית הקשר הכרומודינמית שלהם שונה, כך שהם מהווים חלקיק שונה. מזונים כאלו ניתנים לתיאור כמצב מעורר (excited state) של המזון בעל המסה הנמוכה יותר. לדוגמה, המזון רו הוא מצב מעורר של הפאיון. שני סוגי המזונים מכילים את אותם קווארקי ערכיות, כאשר המסה של הפאיון היא כ-139.6 MeV ואילו זו של מזון רו כ-775 MeV. כל המזונים אינם יציבים והם דועכים עד מהרה לחלקיקים אחרים. אורך החיים של המזון היציב ביותר הוא כ-51 נאנו-שניות. ב-1934, הידקי יוקאווה חזה את קיומם של מזונים, בתור חלקיקים הנושאים את הכוח שקושר יחד את הפרוטונים והנייטרונים בגרעין האטום. כאשר התגלה המיואון ב-1936, סברו בטעות שהוא חלק ממשפחה זו, עקב הקרבה בין מסתו למסה המשוערת של הפאיון. המיואון כונה תחילה "מזון מו". אולם, למעשה, המיואון כלל אינו מזון ואף אינו האדרון, אלא לפטון. ב-1947 התגלה המזון הראשון, הפאיון, שהוא גם ההאדרון הקל ביותר. פאיונים, מזוני רו ומזוני אומגה הם החלקיקים הנושאים את הכוח הגרעיני, הקושר יחד את הפרוטונים והנייטרונים ליצירת גרעין האטום. מהמסה-אנרגיה של אותם מזונים נובעת אנרגיית הקשר הגרעינית, האחראית לקיומם של גרעיני כל האטומים ביקום הכבדים ממימן-1. בשנות ה-50' וה-60' של המאה ה-20, התגלו עשרות סוגי מזונים שונים, לצד מגוון דומה של באריונים. מצב זה כונה "גן החיות של החלקיקים" (particle zoo), מכיוון שהמדענים לא הצליחו לסווג את החלקיקים באופן שיטתי, לפי עקרון מאחד כלשהו. המצב נפתר עם פיתוח מודל הקווארקים על ידי מאריי גל מן ויובל נאמן באמצע שנות ה-60', בעקבותיו התברר שהמזונים והבאריונים אינם חלקיקים יסודיים, אלא מורכבים מחלקיקים אחרים, הקווארקים, מהם קיימים רק שישה סוגים (למעלה, למטה, קסום, מוזר, עליון ותחתון). כיום, אחד מנושאי המחקר העיקריים בתחום פיזיקת החלקיקים הוא מזונים אקזוטיים, חלקיקים בוזוניים כרומודינמיים שאינם כוללים שני קווארקי ערכיות, אלא מספר חיובי שונה. התגלו מספר סוגים של טטראקווארקים, שהם מזונים אקזוטיים הכוללים ארבעה קווארקי ערכיות – שני קווארקים ושני אנטי-קווארקים. נכון ל-2017, התגלו יותר מ-200 סוגי מזונים. הטבלה להלן מפרטת חלק מתכונותיהם של מספר מזונים חשובים. האדרון הכוח הגרעיני מזון אקזוטי מדיה וקבצים בנושא מזון בוויקישיתוף מזון, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית) מסונים, דף שער בספרייה הלאומית C. Patrignani et al. (Particle Data Group) (2016) and 2017 update: Meson Summary Table. הקאונים KS ו-KL אינם מצב קואנטי (eigenstate) של מוזרות. זאת, עקב עירוב הקאונים הנייטרליים (neutral kaon mixing).