Charmonium

Charmonium
Introducción

La cromodinámica cuántica es la teoría de campos para las interacciones fuertes. Sus constituyentes son un conjunto de fermiones (quarks) y de bosones Gauge (gluones). La descripción de propiedades hadrónicas, las cuales
recalcan fuertemente en el rol de la parte del contenido mínimo de quarks de la función de onda de un hadrón,
es generalmente llamada el modelo dequarks. Esta descripción existe en muchos niveles: desde el más simple, una
imagen dinámicamente libre de partículas interactuando fuertemente como estados ligados de quarks y antiquarks,
hasta una descripción más detallada de la dinámica, ya sea a través de modelos o directamente con QCD (quantum
chromodynamics)[1].
Los quarks son fermiones que interactúan fuertemente con espín 1/2 y, porconvención, tienen paridad positiva.
Los antiquarks tienen paridad negativa. Los quarks tienen número bariónico aditivo 1/3, y los antiquarks tienen
-1/3. En la siguiente tabla se muestran los valores de los otros números cuánticos aditivos. Estos números cuánticos
se relacionan con la carga mediante la relación de Gell-Mann-Nishijima:
Q = Iz +

B+S+C +B+T
2

(1)

Figura 1: Númeroscuánticos aditivos de los quarks

El modelo de quarks divide los hadrones en dos especies: Mesones y Bariones. En nuestro caso analizaremos uno de
los mesones de mayor interés por las propiedades que carga, el charmonium.
¯
Los mesones tienen número barionico B = 0. En el modelo de quarks, los mesones son q q los cuales son estados
¯
ligados de quarks q y antiquarks q y los sabores de q y q debenser diferentes. Si el momento angular orbital del
¯
estado q q es , entonces su paridad P es (−1) +1 . El espín del meson es J y está dado por la desigualdad triangular:
¯
| − s| ≤ J ≤ | + s|
* 133353,

jpcoteb@unal.edu.co
afhincapief@unal.edu.co
*** 133437, difmunozar@unal.edu.co
**** 133365, janavarrog@unal.edu.co
** 133428,

1

(2)

donde s es cero para quarks con espinesantiparalelos o 1 para quarks con espín paralelo. La conjugación de carga Cparidad C = (−1) +s está sólo definida para los estados q q hechos de quarks y sus propios antiquarks. La C-paridad
¯
puede ser generalizada por la G-paridad C = (−1)I+ +s para mesones hechos de quarks y sus propios antiquarks
¯
con isoespín Iz = 0 y para los estados cargados ud y d¯ con isoespín Iz = 1.
u
El descubrimientodel primer estado del Charmonium [3], [4] en noviembre de 1974 inició una revolución en la física
de partículas, especialmente en la espectroscopía de hadrones. Esto promovió el modelo de quarks y las teorías de
campo de Gauge no-abelianas. Sistemas como el quarkonium (estados ligados de un quark pesado y un antiquark
pesado) han jugado un papel particularmente importante para establecer unateoría de campos Gauge de quarks y
gluones y sus interacciones, la cual es llamada QCD.[1]
La cromodinámica cuántica tiene dos características notables. Primera: la libertad asintótica implica que a altas
energías y momentos, los quarks y los gluones interactúan sólo débilmente y actúan como partículas casi libres
[5], [6]. Segunda: el confinamiento probablemente resulta resulta del hecho de quea bajas energías la fuerza entre
dos quarks incrementa con su distancia, entonces los quarks están siempre confinados en hadrones y no se pueden
remover de forma individual.
El confinamiento es una consecuencia de la estructura no abeliana de la teoría y hace que sea difícil calcular
cantidades para estados ligados dentro de la teoría QCD ya que no es posible aplicar una teoría QCD perturbativa.Por analogía con el positronio y dada la masa grande para el quark charm y bottom, los modelos de potenciales
fenomenológicos no relativistas han sido aplicados como herramientas paea obtener el espéctro del quarkonium.
Para acomodar las propiedades de la QCD, estos modelos están basados en una parte de corto alcance motivado
por la QCD perturbativa y una parte de largo alcance mediante...