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27-Ott-141 Riassunto lezione precedente applicazioni delle funzioni d’onda di barione e mesone secondo SU(6) ⊗ O(3): calcolo del momento magnetico di N.

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1 27-Ott-141 Riassunto lezione precedente applicazioni delle funzioni d’onda di barione e mesone secondo SU(6) ⊗ O(3): calcolo del momento magnetico di N mixing tra stati dell’ottetto (8,1) e del singoletto (1,1); nonetto mesonico vettoriale: stato di puro strange per la ϕ ; applicazioni a transizioni tra mesoni vettori e pseudoscalari; nonetto mesonico pseudoscalare: determinazione dell’angolo di mixing mixing tra stati isoscalari dell’ottetto (8,1) e del singoletto (1,1) di SU(6); ipotesi di “pure” mixing rispettata per nonetto vettoriale ma non per nonetto pseudoscalare “pure mixing” compatibile con regola di OZI

2 27-Ott-142 origini dello splitting di massa forza spin-spin S 1 ∙ S 2 stati con stessa stranezza e S tot diverso m(π, S=0) ≠ m(ρ, S=1); m(K, S=0) ≠ m(K*, S=1) m(N, S=½) ≠ m(Δ, S=3/2) stati nello stesso multipletto Σ 0 in 56 S ∝ (ud+du)s (ud) I =1 S=1 Λ 0 “ “ ∝ (ud-du)s (ud) I =0 S=0 m(Λ 0 ) ≠ m(Σ 0 ) ma splitting dovuto a forza spin-spin produce Δm(3/2 + - ½ + ) = - 3/2 Δm( ) mentre Δm( Δ – N ) = ½ Δm( ρ - π ) ! forza spin-orbita L ∙ S attiva per mesoni/barioni eccitati con L>0 mesoni : ⇒ Δm( ) = 2 Δm( ) non verificato sperimentalmente J PC L ∙ S-201 barioni : Δm(10 - 8) = Δm(8 - 1) per forza spin-spin splitting in ciascun multipletto per spin-orbita Ex: (8,4) L=1 S=3/2 Δm(3/2 - - ½ - )= ⅗ Δm(5/2 - -3/2 - ) non verificato sperimentalmente idem per (8,2) J5/2-3/2-½- 2 L ∙ S3-2-5

3 27-Ott-143 perché il “colore” dei quark ? motivi “spettroscopici” abbiamo già visto che forza spin-spin produce splitting 3 S S 0 e 4 S 3/2 - 2 S ½ ma con ampiezza e segno (solo per i barioni) sbagliati in spettroscopia dei barioni abbiamo incontrato nel decupletto (10,4) del multipletto 56 S in stato fondamentale le particelle Δ ++ e Ω - che quindi hanno L=0, S=3/2, I =3/2 Δ ++ ={u ↑ u ↑ u ↑ }, Ω - ={s ↑ s ↑ s ↑ } cioè funz.d’onda simmetrica |χ S >| ϕ S > ma S=3/2 ⇒ fermioni! in generale come si conciliano funz.d’onda [SU(6) ⊗ O(3)] S per barioni che seguono statistica di Fermi-Dirac e soddisfano principio di Pauli? Y I3I3 motivi “dinamici” rapporto ma risulta = 2 per s < (m c ) 2 A(π 0 →γγ) ∝ Σ i I 3 i e i 2 = ⅙ ma dati suggeriscono ½ adroproduzione di coppie di leptoni (“Drell-Yan”): dσ(pp→μ + μ - X) ∝ N c =3

4 27-Ott-144 perché SU(3) color ? alcune discrepanze precedenti si risolvono immediatamente ipotizzando che ciascun quark di flavor q abbia 3 possibili cariche di colore R, B, G [SU(6) ⊗ O(3)] S ⇒ funz.d’onda di adrone simmetrica per scambio di quark barioni sono fermioni ⇒ funz.d’onda antisimmetrica per scambio di gruppi di 3 quark i quark sono parafermioni di ordine 3: (a λ ) † = Σ i (a λ(i) ) † a λ = Σ i a λ(i) λ = {spin, flavor,..}, i=color {a λ(i), (a μ(i) ) † } = δ λμ {(a λ(i) ) †, (a μ(i) ) † } = 0 [a λ(i), (a μ(j) ) † ] = 0 i≠j [(a λ(i) ) †, (a μ(j) ) † ] = 0 i≠j quindi (f λμν ) † = { {(a λ ) †, (a μ ) † }, (a ν ) † } = 4 Σ i≠j≠k (a λ(i) ) † (a μ(j) ) † (a ν(k) ) † e {(f λμν ) †, (f αβγ ) † } = 0 cioè operatore simmetrico per scambio di quark nella terna (λ,μ,ν), ma antisimmetrico tra diverse terne.

5 27-Ott-145 uds R u R =⅔+½α+ ⅙ β d R =u R -1s R =u R -1 B u B =⅔-½α+ ⅙ β d B =u B -1s B =u B -1 Gu G =⅔ -⅓βd G =u G -1s G =u G -1 perché SU(3) color ? (continua) rappr. fondamentale di SU(3) c : ma funz.d’onda complessiva di barioni ∈ [ [SU(6) ⊗ O(3)] S ⊗ SU(3) c ] A ⇒ [SU(3) c ] A i barioni sono in 1 A, cioè i colori sono tutti diversi: barioni = {R, B, G} i quark ∈ SU(3) f ⊗ SU(3) c ⇒ generalizzazione di Gell-Mann—Nishijima scelta α=β=0 corrisponde a cariche di colore in singoletto di SU(3) c : interazione elettromagnetica “color blind”

6 27-Ott A di SU(3) c : colore non osservabile rappresentazioni di possibili configurazioni interne degli adroni: q : 3 qq : qqq : - - quindi barioni = {qqq} e mesoni = {qq} realizzano confinamento; perché? - parallelo con fisica nucleare SU(2) I H I ∝ I 1 ∙ I 2 D = {np} I =0 {nn}, {pp} I =1 SU(3) c H I ∝ F 1 ∙F 2 E0E0 E0E0 singoletto stati “colorati” → ∞ si rompe l’analogia con la Fisica Nucleare 3 H = { nnp } 3 He = { ppn } 3  He={ pp  } 4 He = { ppnn } n = { ddu } p = { uud }  = { uds } ??

7 27-Ott-147 quindi adroni si formano da combinazioni |qqq> e perchè sono le uniche che forniscono stati di singoletto di colore nella simmetria SU(3) c. Ma perchè proprio SU(3) c ? il gruppo di simmetria di colore deve soddisfare ai seguenti requisiti: 1.N c =3 cioè i quark stanno nella rappresentazione di tripletto 3 2.antiquark stanno in rappresentazione 3* e sono diversi da quark 3.mesoni e barioni osservati stanno in stato di singoletto 4.|qq>,, |qqqq>, …. non stanno in stato di singoletto nella classe di gruppi compatti di Lie, solo due scelte non isomorfe: SO(3) e SU(3) ma in SO(3) la rappresentazione di tripletto è reale: 3 = 3 * …. perché SU(3) color ? (ripresa)

8 carica di π + = ⅓ = 1 indipendentemente da vincoli su u R, u B, u G. serve solo mesone neutro di colore (RR,.., no RB,..) ⇒ singoletto di SU(3) c non si vedono mesoni colorati a carica 2 (u G d R ) o barioni a carica 3… 27-Ott-148 SU(3) colore risolve diversi enigmi splitting da forze spin-spin q − gluone − q & ⇒ H I ∝ F 1 ∙F 2 ⇒ qq = ½ qq q − gluone − q quindi Δm( 3/2 + - ½ + ) < Δm( ) A(π 0 →γγ) A ∝ Σ i I 3i e i 2 = ½ (u R 2 +u B 2 +u G 2 ) - ½ ((u R -1) 2 +(u B -1) 2 +(u G -1) 2 ) = ½ rapporto R stati “colorati” ?


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