В чем разница между заряженным ро-мезоном и заряженным пионом?

У них есть 2 основных отличия. Первый из них очень прост: у них разные спины: как вы указали, оба являются связанными состояниями 2 частиц со спином 1/2, поэтому вы можете найти возможные спины такого связанного состояния, используя обычные правила сложения углового момента. в квантовой механике. 1/2 + 1/2 может дать вам либо 3 состояния со спином 1 (триплет с проекциями m = -1, 0 или 1), либо синглет с полным спином 0 и, следовательно, проекцией m = 0.

У ро вращение 1, а у пиона 0. Так что это одно отличие.

Теперь вы можете спросить: «Хорошо, значит, я просто изменил вращение, почему их массы такие разные?»

И вот тут разница более интересна. Пион на самом деле является (псевдо) Намбу-Голдстоуном. Я не буду описывать здесь всю теорию, но если бы электромагнетизм был выключен, кварки имели бы симметрию, известную как изоспин. Так как верхний и нижний кварки имеют почти одинаковую массу, их можно рассматривать как верхнюю и нижнюю компоненты дублета, точно так же, как спин вверх и вниз в обычной теории спина (поэтому термин изоспин).

После нарушения этой изоспиновой симметрии появляются бозоны Намбу-Голдстоуна (пионы), которые должны были быть безмассовыми (по теореме Голдстоуна). Но поскольку их массы не совсем одинаковы, и, конечно же, их заряды неодинаковы, поэтому электромагнитные эффекты явно нарушают эту симметрию. Так что пионы приобретают массу. Но эта масса очень мала по сравнению с типичной массой адрона или шкалой КХД: 140 МэВ для пиона и 770 МэВ для ро.

А$\rho$мезон - это спин-1 (угловой момент, а не изоспин) возбуждение$\pi$мезон. У нас есть,

В общем, в спектре КХД, поскольку цветовая магнитная сила настолько сильна, разные спиновые адроны имеют совершенно разные массы и называются отдельными частицами. Что еще более важно для данного случая, пионы являются псевдоголдстоуновскими бозонами с нарушением киральной симметрии и, следовательно, аномально легкими (фактически безмассовыми на древовидном уровне с нулевыми массами кварков).

Это два действительно отличных ответа, поэтому я не чувствую необходимости много добавлять; только для того, чтобы указать, что ро можно рассматривать как «возбужденный» пион, подобно тому, как дельта может рассматриваться как «возбужденный» нуклон. Как отмечают спрашивающий и @gcsantucci, у ро на единицу больше вращения, чем у пиона. Это означает, что вы могли бы думать об этом как о легкой системе кварк-антикварк, которой была дана единица углового момента. Точно так же мы думаем о дельта-барионе (спин 3/2) как о возбужденном состоянии нуклона (спин 1/2).