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Em física de partículas, quarkônio ^{(português brasileiro)} ou quarcónio ^{(português europeu)} (de quark + ônio) designa um méson sem sabor que é constituído de um quark e seu próprio antiquark. Exemplos de quarkônio são os J/ψ méson ( um exemplo de charmônio,
c

c
) e o méson
ϒ
(bottomônio,
b

b
). Por causa da grande massa do quark top do antiquark top, o topônio não existe, desde que esse par quark-antiquark decai através da interação fraca antes mesmo que a interação forte se manifeste criando esse méson.

Usualmente o quarkônio refere-se apenas ao charmônio e o bottomônio, e não a algum estado de ligação quark-antiquark de quarks leves. Isso ocorre porque o quarks leves:quark up, quark down e quark strange são muito menos massivos que os quarks pesados como o quark charm,quark bottom e o quark top, e portanto os estados físicos na verdade são vistos em experimentos são misturas de estados de quarks leves na mecânica quântica. A grande diferença de massas entre os quarks charme e inferior e os quarks leves resultam em estados bem definidos em termos de par quark-antiquark de um dado sabor.

Estados de charmônio

Na tabela a seguir, a mesma partícula pode ser nomeada com a notação espectroscópica ou com a sua massa. Em muitos casos série de excitação são usadas: Ψ' é para a primeira excitação de Ψ (por razões históricas, essa partícula é chamada de partícula J/ψ); Ψ" é o segundo estado de excitação. Nomes na mesma são sinônimos.

Alguns do estados são previstos, mas não foram observados; outros não são confirmados. Os números quânticos da partícula X(3872) foi medida recentemente pelo experimento LHCb no CERN^[1] . Essa medida lançou luz sobre a sua identidade, excluindo a terceira opção em são:

Um candidato para o estado 1¹D₂;
Um estado de charmônio híbrido;
Uma molécula $D^{0}{\bar {D}}^{*0}$ .

Em 2005, o experimento BaBar anunciou a descoberta de um novo estado: Y(4260). ^[2]^[3] CLEO e Belle têm colaborado com essas observações. No começo, Y(4260) foi pensado par ser um estado de charmônio, mas as evidências sugerem que mais explicações exóticas, como a molécula D, uma construção de 4-quark, ou um méson híbrido.

Símbolo n^{2S + 1}L_J	I^G(J^PC)	Partícula	Massa (MeV/c²) [1]^{[ligação inativa]}
1¹S₀	0⁺(0⁻⁺)	η_c(1S)	7003298030000000000♠2980.3±1.2
1³S₁	0⁻(1⁻⁻)	J/ψ(1S)	7003309691600000000♠3096.916±0.011
1¹P₁	0⁻(1⁺⁻)	h_c(1P)	7003352593000000000♠3525.93±0.27
1³P₀	0⁺(0⁺⁺)	χ_c0(1P)	7003341475000000000♠3414.75±0.31
1³P₁	0⁺(1⁺⁺)	χ_c1(1P)	7003351066000000000♠3510.66±0.07
1³P₂	0⁺(2⁺⁺)	χ_c2(1P)	7003355620000000000♠3556.20±0.09
2¹S₀	0⁺(0⁻⁺)	η_c(2S), or η′ c	7003363700000000000♠3637±4
2³S₁	0⁻(1⁻⁻)	ψ(3686)	7003368609000000000♠3686.09±0.04
1¹D₂	0⁺(2⁻⁺)	η_c2(1D)^†
1³D₁	0⁻(1⁻⁻)	ψ(3770)	7003377292000000000♠3772.92±0.35
1³D₂	0⁻(2⁻⁻)	ψ₂(1D)
1³D₃	0⁻(3⁻⁻)	ψ₃(1D)^†
2¹P₁	0⁻(1⁺⁻)	h_c(2P)^†
2³P₀	0⁺(0⁺⁺)	χ_c0(2P)^†
2³P₁	0⁺(1⁺⁺)	χ_c1(2P)^†
2³P₂	0⁺(2⁺⁺)	χ_c2(2P)^†
?^??_?	1⁺⁺†	X(3872)	7003387220000000000♠3872.2±0.8
?^??_?	?^?(1⁻⁻)	Y(4260)	7003426300000000000♠4263+8 −9

Notes:

^* Precisa de confirmação.

^† Predito mas não identificado ainda.

^† Interpretado como um estado de charmônio 1⁻⁻ insípido.

Estados de bottomônio

Na tabela a seguir, a mesma partícula pode ser nomeada com a notação espectroscópica ou com a sua massa.

Muitas desses estados são previstos, mas não foram identificado; outros não são confirmados.

Símbolo n^2S+1L_J	I^G(J^PC)	Partícula	Massa (MeV/c²)[2]^{[ligação inativa]}
1¹S₀	0⁺(0⁻⁺)	η_b(1S)	7003939090000000000♠9390.9±2.8
1³S₁	0⁻(1⁻⁻)	Υ(1S)	7003946029999999999♠9460.30±0.26
1¹P₁	0⁻(1⁺⁻)	h_b(1P)
1³P₀	0⁺(0⁺⁺)	χ_b0(1P)	7003985944000000000♠9859.44±0.52
1³P₁	0⁺(1⁺⁺)	χ_b1(1P)	7003989276000000000♠9892.76±0.40
1³P₂	0⁺(2⁺⁺)	χ_b2(1P)	7003991220999999999♠9912.21±0.40
2¹S₀	0⁺(0⁻⁺)	η_b(2S)
2³S₁	0⁻(1⁻⁻)	Υ(2S)	7004100232600000000♠10023.26±0.31
1¹D₂	0⁺(2⁻⁺)	η_b2(1D)
1³D₁	0⁻(1⁻⁻)	Υ(1D)
1³D₂	0⁻(2⁻⁻)	Υ₂(1D)	7004101611000000000♠10161.1±1.7
1³D₃	0⁻(3⁻⁻)	Υ₃(1D)
2¹P₁	0⁻(1⁺⁻)	h_b(2P)
2³P₀	0⁺(0⁺⁺)	χ_b0(2P)	7004102325000000000♠10232.5±0.6
2³P₁	0⁺(1⁺⁺)	χ_b1(2P)	7004102554599999999♠10255.46±0.55
2³P₂	0⁺(2⁺⁺)	χ_b2(2P)	7004102686500000000♠10268.65±0.55
3³S₁	0⁻(1⁻⁻)	Υ(3S)	7004103552000000000♠10355.2±0.5
3³P_J	0⁺(J⁺⁺)	χ_b(3P)	7004105300000000000♠10530±5 (stat.) ± 9 (syst.)^[4]
4³S₁	0⁻(1⁻⁻)	Υ(4S) or Υ(10580)	7004105794000000000♠10579.4±1.2
5³S₁	0⁻(1⁻⁻)	Υ(10860)	7004108650000000000♠10865±8
6³S₁	0⁻(1⁻⁻)	Υ(11020)	7004110190000000000♠11019±8

Notas:

^* Resultados preliminares.necessita de confirmação.

O estado χ_b (3P) foi o primeiro estado de partícula descoberto no Large Hadron Collider. O artigo sobre essa descoberta foi submetido no arXiv em 21 de dezembro de 2011.^[4]^[5] Em abril de 2012, experimentos DØ no Tevatron confirmaram o resultado em um artigo publicado em Phys. Rev. D.^[6]^[7]

QCD e quarkônio

A computação das propriedades dos mésons na cromodinâmica quântica (QCD) é totalmente não pertubativa. Como resultado, o único método geral disponível é uma computação direta usando técnicas do retículo QCD (LQCD). Contudo, outras técnicas são efetivas para quarkônios pesados.

Os mésons de quarks leves movem-se em velocidades relativísticas, já que a massa do estado de ligação é muito maior que a massa do quark. Contudo, a velocidade dos quarks charm e bottom em seus respectivos quarkônios é suficiente pequena, então efeitos relativísticos afetam essem estados, porém menos. A velocidade estimada é de 0.3 vezes a velocidade da luz para o charmônio e 0.1 vezes a velocidade da luz para o bottomônio. A computação pode ser aproximada por uma expansão em poderes de v/c e v²/c². Essa técnica é chamada QCD não relativística (NRQCD).

NRQCD também tem sido quantizada como a teoria de retículo gauge, que providencia outra técnica para cálculos de LQCD para se usar. Boas aceitações da massa do bottomônio, e isso provê um dos melhores testes não perturbativos do LQCD. Para as medidas de massa do charmônio a aceitação não é muito boa, mas a comunidade LQCD está ativamento trabalhando em desenvolver as suas técnicas. O trabalho também tem sido feito em cálculos de propriedades de quarkônio e estados de transição entre estados.