Was ist der wesentliche Unterschied zwischen einer Resonanz und einem Teilchen?

Eine Resonanz (im Sinne der Teilchenphysik oder verwandter Physik) und ein instabiles Teilchen sind genau dasselbe. Das Objekt hat eine komplexe Masse und der Imaginärteil bestimmt die Zerfallsbreite (und Zerfallsrate). Aber diese beiden Begriffe beschreiben verschiedene Aspekte derselben Sache.

"Ein Partikel" bezieht sich auf das Objekt, die Partikelart (in Ihrem URL-Fall sind es zusammengesetzte Partikel, dh gebundene Zustände, oft angeregte Zustände) und alle denkbaren Eigenschaften, die es haben kann, und Prozesse, denen es unterzogen werden kann.

Andererseits beschreibt eine "Resonanz" nur einen bestimmten Aspekt des Objekts (Partikel) und die entsprechende Methode, wie es entdeckt werden kann, nämlich seine Fähigkeit, eine lokale Spitze ("Bump") in einem Diagramm eines Kreuzes zu erzeugen Abschnitt als Funktion der Energie. Es ist normalerweise ein Querschnitt eines Prozesses mit dem Teilchen im Anfangszustand und einem Zwei- oder Mehrteilchenzustand im Endzustand oder umgekehrt.

Der Querschnitt geht nach oben, wenn die "Energie stimmt", um ein Teilchen der bestimmten Masse zu erzeugen (oder daraus zu kommen). Der lokale Peak hat den gleichen mathematischen Grund wie die Resonanzen irgendwo in der Physik – zB wenn ein Radio das Signal bei einer bestimmten Frequenz verstärkt. Wenn die Frequenz (oder Energie, und$E=hf$) richtig ist, plus minus die Breite, ist die Stärke (oder in der Quantenmechanik die Wahrscheinlichkeit) eines Prozesses viel höher.

Wenn wir eine solche „Beule“ sehen, entdecken wir möglicherweise ein neues Teilchen. So wurde 2012 das Higgs-Boson entdeckt – und viele andere Teilchen vor dem Higgs auch. Das eigentliche instabile Teilchen, zB das Higgs-Boson, kann auch in viele andere Prozesse eintreten, die nicht als einfache Resonanz beschrieben werden können. Es kann beispielsweise zusammen mit dem Z-Boson und/oder anderen Teilchen entstehen, und bei diesen komplizierteren Prozessen ist das Higgs-Boson keine "Resonanz" mehr.

Dies ist im Zusammenhang mit der Antwort von Lubos zu lesen

Die Partikeldatengruppe hat in diesem Artikel viele Querschnitte zusammengestellt , von denen ich einen bestimmten Plot kopiert habe, Abb. 49.5.

Der blaue Teil sind die Resonanzen, die in den sechziger Jahren gefunden wurden und typisch für andere Resonanzen in streuenden Querschnitten sind. Dies ist die Streuung von$e^+e^-$, und auch nachdem die Zerfallsprodukte identifiziert wurden, im unveränderlichen Massenspektrum der Zerfallsprodukte. Die Terminologie „Resonanz“ ist aus der klassischen Physik von Resonanzen übernommen, bei denen beispielsweise akustische Amplituden bei Resonanz hoch werden. Die Querschnitte wurden an dieser spezifischen Schwerpunktsenergie groß. Beachten Sie die Breite im Gegensatz zu den roten Spitzen. Wenn das$J/\psi$wurde festgestellt, dass die Hoi-Polloi-Physiker Breiten erwarteten, die mit der vergleichbar waren$\phi$bestenfalls, und die Schärfe der Resonanz überraschte und bestätigte voll und ganz das Quarkmodell. Es bestand nicht wie die blauen Resonanzen aus gewöhnlichen Quarks, sondern aus einem neuen Quark, dem Charm. Dasselbe gilt für$\Upsilon$und der Beauty-Quark, der das Quark-Modell vervollständigte.

Schaut man sich den Elementarteilchentisch an , treten keine Resonanzen auf$\Upsilon$und darunter existieren dort, weil diese Resonanzen aus Quarks zusammengesetzt sind. Wenn wir jedoch zu höheren Energien übergehen, treffen wir auf das Z-Boson , das ein Elementarteilchen ist und in der mitschwingt$e^+e^-$Streuexperiment, sondern zerfällt auch in viele andere Elementarteilchen.

Also im selben Experiment,$e^+e^-$Streuung mit zunehmender Schwerpunktsenergie (oder invarianter Masse für die LHC-Plots) haben wir Resonanzen, die einerseits aus Quarks und Antiquarks und andererseits aus Elementarteilchen zusammengesetzt sind.