Meson
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Mesonen (von gr. μεσος (mesos) = Mitte) sind Teilchen mittlerer Masse, im Gegensatz zu leichten Leptonen wie dem Elektron und schweren Baryonen wie dem Proton oder dem Neutron.
Der Begriff wurde in den 1930er Jahren geprägt, als die Erkenntnisse noch nicht sehr umfangreich waren. Das Kriterium der Masse erwies sich schnell als unzureichend. Tatsächlich stellte sich heraus, dass das zuerst experimentell nachgewiesene Meson, das μ-Meson oder Myon ein Lepton ist.
Nach heutigem Erkenntnisstand der Teilchenphysik sind Mesonen Teilchen, die aus jeweils einem Quark und einem Antiquark (dem Antiteilchen eines Quarks) aufgebaut sind. Mesonen unterliegen damit der starken Wechselwirkung. Da sie zusammengesetzt sind, werden sie nicht mehr wie früher als Elementarteilchen bezeichnet. Alle Mesonen sind instabil. Mesonen, die leichter sind als ein Nukleon und ein Antinukleon, zerfallen zwangsläufig in leichtere Mesonen oder Leptonen. Da es sechs Arten von Quarks gibt, sollte man annehmen, dass es genau 36 verschiedene Mesonen gibt, nämlich genau alle möglichen Quark-Antiquark-Paare. Die Wirklichkeit ist allerdings komplizierter.
Quarks besitzen einen Spin, so dass ein Meson aus zwei Quarks mit parallelem oder mit antiparallelem Spin bestehen kann. Erstere Mesonen werden pseudoskalare Mesonen (Spin=0), letztere Vektormesonen (Spin=1) genannt, und haben bei gleicher Quarkzusammensetzung unterschiedliche Eigenschaften und Bezeichnungen. Zusätzlich können alle diese Mesonen auch innere Anregungszustände besitzen, die durch ihren Bahndrehimpuls beschrieben werden. Hierdurch steigt ihre Energie an, so dass sie andere Eigenschaften (insbesondere Zerfallsprodukte) als die Mesonen im Grundzustand besitzen.
Aus historischen Gründen sind Mesonen gleicher Quarkzusammensetzung, aber unterschiedlicher innerer Eigenschaften, oft unterschiedlich bezeichnet.
Zusätzlich müssen Quarks quantenmechanisch beschrieben werden. Daher gibt es in bestimmten Fällen Überlagerungszustände mehrerer Quark-Antiquark-Paare. Das neutrale Pion (Pi-Meson) etwa ist eine Mischung aus einem uu mit einem dd Zustand (Antiquarks sind durch einen Unterstrich gekennzeichnet).
Ein in der Elementarteilchenphysik besonders wichtiges Meson ist das Kaon, welches neben den bislang besprochenen Eigenschaften zusätzlich noch in einer als kurzlebig (KS) und langlebig (KL) bezeichneten Form vorkommt. Die unterschiedlichen Zerfallszeiten der Kaonen (und auch die der B-Mesonen) stehen im Zusammenhang mit dem so genannten CP-Erhaltungssatz und erfordern eine eigene Abhandlung.
| Name | Symbol | Quarks | Masse/MeV | Lebensdauer/s |
| Pseudoskalare Mesonen aus d, u und s Quarks | ||||
|---|---|---|---|---|
| Pion | π+, π- | ud, ud | 139,6 | 2,6*10-8 |
| Pion | π0 | (uu + dd) | 135,0 | 8,3 × 10-17 |
| Kaon | K+, K- | us, su | 439,7 | 1,2 × 10-8 |
| Kaon | KS0 | (ds + sd) | 497,7 | 9 × 10-11 |
| Kaon | KL0 | (ds + sd) | 497,7 | 5,2 × 10-8 |
| Eta | η0 | (uu - dd) | 548.8 | < 10-18 |
| Eta' | η'0 | ss | 958 | 3 × 10-21 |
| Vektormesonen aus d, u und s Quarks | ||||
| Rho | ρ+, ρ- | ud, ud | 770 | 4 × 10-24 |
| Rho | ρ0 | (uu + dd) | 770 | 4 × 10-24 |
| Kaon | K*+, K*- | us, su | 439,7 | 1,2 × 10-8 |
| Kaon | KS*0 | (ds + sd) | 497,7 | 9 × 10-11 |
| Kaon | KL*0 | (ds - sd) | 497,7 | 5,2 × 10-8 |
| omega | ω0 | (uu - dd) | 782,6 | 7 × 10-22 |
| Phi | Φ'0 | ss | 1020 | 2 × 10-22 |
| Die übrigen Mesonen | ||||
| D-Meson | D+, D- | cd, cd | 1869,4 | 9,2 × 10-13 |
| D-Meson | D0, D0 | cu, cu | 1864,7 | 4,4 × 10-13 |
| F-Meson | F+, F- | cs, cs | 1971 | 1,9 × 10-13 |
| J/Psi | J/Ψ | cc | 3096,9 | 8 × 10-19 |
| B-Meson | B+, B- | ub, ub | 5270,8 | 1,4 × 10-12 |
| B-Meson | B0, B0 | bd, bd | 5274,2 | 1,4 × 10-12 |
| Ypsilon | Y | bb | 9460,4 | 1,3 × 10-20 |
| Y(3940) | k.A. | cc-gluon | 3940 | k.A. |
Antiquarks und Antiteilchen sind unterstrichen dargestellt.
Elementarteilchen betreffende Messwerte werden von der Particle Data Group gesammelt und analysiert (http://pdg.lbl.gov auf englisch).
