介子

介子（meson）是自旋為整數、重子數為零的強子，參與強相互作用。介子屬於強子類。它是比電子重的帶電或不帶電的粒子。

根據夸克模型，介子是由一個下夸克和一個反上夸克組成的束縛態，這一對夸克和反夸克可以不同味，例如pion+＝(up quarkdown antiquark)；也可以同味，例如J/psi＝(charm quarkcharm antiquark)，由同味的夸克和反夸克組成的介子被稱作夸克偶素。

自旋為0的介子，在量子場論中是用標量波函數描述，根據其宇稱為-1或+1分別稱為贗標介子和標量介子。自旋為1的介子，在量子場論中是用矢量波函數描述，根據其宇稱為-1或+1分別稱為矢量介子或軸矢介子。

## 歷史

1934年，湯川秀樹預測介子的存在與其近似的質量，介子用來作為核力的載體，核力用來維持住原子核，若沒有核力，所有含兩個以上質子的原子核其質子將會因為電磁斥力的關係而分離。湯川稱這個載體粒子為meson，名稱來自希臘字mesos，意義是中間，會這麼稱呼是因為他預期其質量在電子與質子之間（應該為電子的200倍），質子的質量約是電子的1836倍，湯川最初稱它為「mesotron」，不過後來被海森堡糾正。海森堡指出希臘字的「mesos」裡面沒有「tr」。

1936年，美國物理學家卡爾·戴維·安德森在宇宙射線中發現一種帶單位正電荷或負電荷的粒子，質量為電子的206.77倍，人們以為它就是湯川秀樹預言的介子，把它叫做μ介子，後來發現這種粒子其實並不參與強相互作用，是一種輕子，所以改名μ子。

1947年英國物理學家塞西爾·鮑威爾在宇宙射線中又發現一種粒子，帶單位正電荷或負電荷，質量為電子的273倍，與核子有很強的相互作用，平均壽命2.60310×10−8秒，這才是湯川秀樹預言的介子，叫做π介子。π+介子和π-介子互為反粒子。1950年又發現π0介子。

## 命名

自旋量子數（S）｜軌道角動量量子數（L）｜總角動量量子數（J）$|L - S| \le J \le L + S$｜宇稱（P）P=(−1)L+1｜C-宇稱（C）C=(−1)L+S｜JPC

0｜0｜0｜−｜+｜0−+

1｜1｜+｜−｜1+−

2｜2｜−｜+｜2−+

3｜3｜+｜−｜3+−

1｜0｜1｜−｜−｜1−−

1｜2, 1, 0｜+｜+｜2++, 1++, 0++

2｜3, 2, 1｜−｜−｜3−−, 2−−, 1−−

3｜4, 3, 2｜+｜+｜4++, 3++, 2++

類型｜自旋量子數（S）｜軌道角動量量子數（L）｜總角動量量子數（J）｜宇稱（P）｜JP

贗標量介子（Pseudoscalar meson）｜0｜0｜0｜−｜0−

標量介子（Scalar meson）｜1｜1｜0｜+｜0+

矢量介子（Vector meson）｜1｜0, 2｜1｜−｜1−

軸矢量介子（Axial-vector meson）†｜0, 1｜1｜1｜+｜1+

贗張量介子（Pseudotensor meson）｜1｜1｜2｜−｜2−

張量介子（Tensor meson）｜1｜1, 3｜2｜+｜2+

更多｜...｜...｜...｜...｜...

† 軸矢量介子又稱贗矢量介子（Pseudovector meson）。

介子的分類與命名

${q}$ $\overline{q}$｜JPC→｜0−+, 2−+, 4−+, ...｜1+−, 3+−, 5+−, ...｜1−−, 2−−, 3−−, ...｜0++, 1++, 2++, ...

2S+1LJ→｜I ↓｜1(S, D, ...)J｜1(P, F, ...)J｜3(S, D, ...)J｜3(P, F, ...)J

${u}$ $\overline{d}$ $\mathrm{\tfrac{{u}\overline{u} - {d}\overline{d}}{\sqrt{2}}}$ ${d}$ $\overline{u}$｜1｜π+π0π-｜b+b0b-｜ρ+ρ0ρ-｜a+a0a-

${u}$ $\overline{u}$ $+$ ${d}$ $\overline{d}$ ${s}$ $\overline{s}$｜0｜ηη′｜hh′｜ωϕ′｜ff′

${c}$ $\overline{c}$｜0｜ηc｜hc｜ψ｜χc

${b}$ $\overline{b}$｜0｜ηb｜hb｜ϒ｜χb

${t}$ $\overline{t}$｜0｜ηt｜ht｜θ｜χt

${c}$ $\overline{c}$｜1｜Πc｜Zc｜Rc｜Wc

${b}$ $\overline{b}$｜1｜Πb｜Zb｜Rb｜Wb

${t}$ $\overline{t}$｜1｜Πt｜Zt｜Rt｜Wt

† C-宇稱只與中性介子有關。

†† 當JPC=1−−，1³S1時ψ介子被稱為J/Psi介子

由於一些符號可能指向一個以上的粒子，因此有一些額外的規則：

- JPC=0的是標量介子，JPC=1是矢量介子，對於其餘的介子，J數被添加到下標：a0、a1、χc1等。
- 對於大多數ψ、ϒ、χ的狀態，通常會增加能級資訊的表示：ϒ(1S)、ϒ(2S)。第一個數字是主量子數，字母是能級符號L，省略了多重性，因為它隱含在符號中，J在需要時標識：χb1(1P)，如果沒有獲得光譜資訊，則在括號中添加質量（單位：MeV/c2）：ϒ(9460)。
- 符號不能區分乾淨夸克態和膠球態，因此膠球使用同樣的標記方案。對於具有JPC奇特量子數 (JPC = 0−−，0+−、2+−、4+− ...、1−+、3−+、5−+ ...)的介子，使用與JP相同介子的相同符號，將J標識出，同位旋（I=0）的JPC = 1−+標記為ω1。當粒子的量子數未知時被稱為X,Y,Z，在括號中用質量表示。

$\overline{q}$ →${q}$ ↓｜$\overline{u}$｜$\overline{d}$｜$\overline{c}$｜$\overline{s}$｜$\overline{t}$｜$\overline{b}$

${u}$｜$\bar D^0$｜$K^+$｜$\bar T^0$｜$B^+$

${d}$｜$D^-$｜$K^0$｜$T^-$｜$B^0$

${c}$｜$D^0$｜$D^+$｜$D_s^+$｜$\bar T_c^0$｜$B_c^+$

${s}$｜$K^-$｜$\bar K^0$｜$D_s^-$｜$T_s^-$｜$B_s^0$

${t}$｜$T^0$｜$T^+$｜$T_c^0$｜$T_s^+$｜$T_b^+$

${b}$｜$B^-$｜$\bar B^0$｜$B_c^-$｜$\bar B_s^0$｜$T_b^-$

- $K^0\,(\bar sd)$ 與 $\bar K^0\,(s\bar d)$ 混合產生，短壽命的$K^0_S = \begin{matrix}{\sqrt 2 \over 2}\end{matrix}(K^0-\bar K^0)$ （PC = +1），長壽命的$K^0_L = \begin{matrix}{\sqrt 2 \over 2}\end{matrix}(K^0 + \bar K^0)$ （PC = -1）。
- 如果JPC是正規級數，包括正宇稱 (JP = 0+, 2+, …)和負宇稱 (JP = 1−, 3−, ...)在符號上添加上標（∗）。
- 如果不是贗標量介子（JP ＝ 0−）或矢量介子（JP ＝ 1−）將(JPC)添加為符號下標。
- 當介子的共振態已知時，在括號中加上。當共振狀態未知時，在括號中添加質量（單位：MeV/c2）。介子處於基態時，括號中不加任何東西。

## 外部連結

- A table of some mesons and their properties
- Authoritative information on particle properties is compiled by the Particle Data Group http://pdg.lbl.gov
- hep-ph/0211411: The light scalar mesons within quark models
- Naming scheme for hadrons（a pdf file）

### 最新發現

- What Happened to the Antimatter? Fermilab's DZero Experiment Finds Clues in Quick-Change Meson
- CDF experiment's definitive observation of matter-antimatter oscillations in the Bs meson

## 基本資料

- 類型：~140（介子列表）
- 組成：複合粒子 - 夸克和反夸克
- 系：強子
- interaction：強核力、弱核力、電磁力、引力
- 理論：湯川秀樹（1935年）
- 發現：1947年
- 自旋：整數