Mesone J/Psi: differenze tra le versioni

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{{Avvisounicode}}
{{Infobox_particella
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|classificazione =[[Bosone (fisica)|Bosone]]
|composizione = 1{{Particella subatomica|Charm [[quark}}{{Particella subatomica|charm]], 1 [[quark charm|antiquark charm]]}}
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}}
Il [[mesone]] '''mesone J/ψ''' è una [[particella subatomica]] di [[sapore (fisica)|sapore]]- neutro costituito da un [[quark charm]] e un'[[antiparticella|antiquark]] charm. In I mesoni formati da unquanto [[stato legatomesone]] dicostituito unda quark charm, eè un anti-quark charm sono generalmente conosciuti come "[[quarkoniumQuarkonio|charmoniumcharmonio]]". Il mesone J/ψ è il primo [[stato eccitato]] di charmoniumcharmonio (vale a dire, la forma del charmonium con la seconda [[massa a riposo]] più piccola). Il mesone J/ψ ha una massa a riposo di {{M|3,0969|eul=9||eVGeV/c^2c2}} e ununa [[vita media (fisica)|vita media]] di {{M|7,2|e=-21||ul=s}}. QuestaLa duratasua eravita dimedia è circa un migliaio di volte {{Citazione necessaria|date=April 2009}} più lunga delle aspettative, poiché i principali decadimenti di questa particella risultano soppressi.<ref name=nob>[https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1976/press.html The Nobel Prize in Physics 1976]</ref>
 
La sua scoperta venne fatta indipendentemente da due gruppi di ricerca, uno allo [[Stanford Linear Accelerator Center]], capeggiato da [[Burton Richter]], e uno al [[Brookhaven National Laboratory]], condotto da [[Samuel Ting]] al [[Massachusetts Institute of Technology|MIT]]. EssiEffettivamente scoprirononotarono di avereaver effettivamente trovatoscoperto la stessa particella, e entrambi i gruppi annunciarono le loro scoperte l'11 novembre del 1974. L'importanza di questa scoperta è evidenziata dal fatto che ila successivisuccessiva serie di rapidi mutamenticambiamenti nella [[fisica delle particelle|fisica ad alta energia]] del tempo divenne nota unanimemente come la "rivoluzione di novembre". Richter e Ting vennero ricompensatipremiati per la loro scoperta condivisa con il [[Premio Nobel per la fisica]] nel [[1976]].<ref name=nob />
 
== Contesto ==
== Background della scoperta ==
Il background della scoperta del mesone J/ψ fu sia teorico che sperimentale. Negli anni [[1960|'60]] vennero proposti i primi modelli di [[quark (particella)|quark]] della [[fisica delle particelle|fisica delle particelle elementari]], i quali proponevano che i [[protone|protoni]], [[neutrone|neutroni]] e tutti gli altrii [[barione|barioni]], e anche tutti i [[mesone|mesoni]], sianofossero costituiti da tre tipi di particelle frazionariamente-caricate,elementari caratterizzate da carica elettrica frazionaria: i "quark", disponibiliesistenti in tre tipi diversi o "sapori", chiamati quarkdenominati ''[[quark up|''up]]'']], ''[[quark down|''down]]'']] e ''[[quark strange|''strange]]'']]. Nonostante lale notevoli capacità impressionante dei modelli a quark neldi portare ordine nello "zoo delle particelle elementari", il loro status eraerano considerato alloraancora qualcosa di simile a una finzione matematica, un artefatto di ragioni fisiche più profonde.
 
A partire dal [[1969]], gli esperimenti di [[dispersionescattering anelasticaanelastico profondaprofondo]] allo [[SLAC]] rivelarono prove sperimentali sorprendenti riguardanti le particelle presenti all'interno dei protoni. Inizialmente, non si sapeva se fossero stati quark o qualcosa altro questo non si sapeva. MoltiSono esperimentistati sononecessari statimolti necessariesperimenti per identificare appienoin modo chiaro le proprietà dei componenti subprotonicidel protone. ComeIn prima approssimazione, eranocorrispondevano infatti iai quark già descritti nei modelli teorici.
 
Sul fronte teorico, le [[teoria di gauge|teorie di gauge]] con [[Rottura spontanea di simmetria|simmetria rotta]] divennero le prime vitaliteorie contendentia nellocontendersi spiegarela efficientementecompleta lspiegazione dell'[[interazione debole]], dopo che [[Gerardus 't Hooft]] scoprì nel [[1971]] come calcolarerinormalizzare conle quelle alteorie di gauge delnon abeliane così da poter utilizzare i [[diagrammaDiagramma addi alberoFeynman|livellodiagrammi addi alberoFeynman]] per descrivere i processi in cui intervengono le interazioni forti. La prima prova sperimentale perdella queste teorieteoria di [[forza elettrodebole|unificazione elettrodebole]] fu la scoperta nel [[1973]] delladei [[bosoni W e Z|corrente]] neutrae quindi della [[corrente debole neutra]]. Le teorie di gauge insieme ai quark divennero nel [[1973]] dei vitalivalidi contendenti per spiegare l'[[interazione forte]] quandodopo fuche identificatovenne proposto il concetto di [[libertà asintotica]].
 
Tuttavia, una miscelasemplice ingenuacombinazione della [[forza elettrodebole|teoria elettrodebole]] e del modello a quark portò a calcoli sulle modalità di decadimento conosciute che contraddicevano l'osservazione: in particolare, si prevedeva il decadimento del [[corrente neutra con cambiamento di sapore|''cambiamento di sapore'']] mediato dalun [[bosonequark Zstrange]] diin un [[quark strangedown]], inmediante un [[quarkbosone downZ]] come mediatore del cambiamento di sapore, ma questo non fuveniva osservato. Un'idea del 1970 di [[Sheldon Glashow]], [[John Iliopoulos]] e [[Luciano Maiani]], nota come [[meccanismo di GIM]],<ref>{{Cita pubblicazione|nome=S. L.|cognome=Glashow|nome2=J.|cognome2=Iliopoulos|nome3=L.|cognome3=Maiani|data=1970-10-01|titolo=Weak Interactions with Lepton-Hadron Symmetry|rivista=Physical Review D|volume=2|numero=7|pp=1285-1292|doi=10.1103/PhysRevD.2.1285|url=https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevD.2.1285}}</ref> mostrava che i decadimenti dicon cambiamento di sapore sarebbero eliminatistati vietati se ci fosse esistito un quarto quark, denominato ''charm'', che si accoppiasse con il [[quark strange]]. Questo lavoro portò, entro l'estate del [[1974]], a previsioni teoriche di come sarebbeavrebbe dovuto essere un mesone charm/anti-charm. Tali previsioni furono ignorate. Il lavoro di Richter e Ting èfu stato fattosvolto per altri motivi, in gran parte per esplorare i nuovi regimilivelli di energia.
 
== La Scoperta ==
I due gruppi sperimentali che scoprirono il mesone J/ψ utilizzarono due approcci completamente diversi.
 
Il gruppo guidato da S. Ting, composto quasi esclusivamente da fisici del [[Massachusetts Institute of Technology]] (MIT), operava all'acceleratore di protoni AGS del [[Brookhaven National Laboratory]] (BNL) a Upton (New York), [[Long Island]], [[Stati Uniti d'America|Stati Uniti]]. Il rivelatore era ottimizzato per la ricerca di risonanze con numeri quantici uguali a quelli del fotone (J<sup>CP</sup>=1<sup>--</sup>) attraverso i loro decadimenti in coppie di [[Elettrone|elettroni]] e [[Positrone|positroni]]. L'acceleratore AGS operava ad energie dei [[Protone|protoni]] fra i 28 e i 30 GeV, che incidevano su un bersaglio di [[Berillio]]. Il rivelatore era uno spettrometro (per la misura del momento delle particelle) a due bracci, disposti per rivelare [[Elettrone|elettroni]] emessi a 90 gradi nel sistema del centro di massa (14,6 gradi in laboratorio), con rivelatori di luce [[Effetto Čerenkov|Cherenkov]], [[Calorimetro (fisica delle particelle)|calorimetri]] al vetro al piombo per identificare gli elettroni e [[camere a fili]] per la ricostruzione delle tracce. La massa della particella prodotta nelle interazioni dei protoni veniva ricostruita dalla [[massa invariante]] della coppia elettrone-positrone generata dal suo decadimento. Questo esperimento era in grado i rivelare particelle con massa fra i 2 e i 5 GeV, la difficoltà sperimentale era dovuta alla grande risoluzione richiesta all'apparato per poter identificare risonanze molto strette e al necessario grado di separazione elettroni-[[Adrone|adroni]] (nelle interazioni protone-Berillio sono molti di più gli adroni prodotti che non gli elettroni). La J/ψ si manifestò con un picco di 242 eventi nella distribuzione delle masse invarianti ricostruite, con una larghezza di 20 MeV interamente dominata dalla risoluzione sperimentale.<ref>{{Cita pubblicazione|nome=J. J.|cognome=Aubert|coautori=et al.|data=1974-12-02|titolo=Experimental Observation of a Heavy Particle $J$|rivista=Physical Review Letters|volume=33|numero=23|pp=1404-1406|doi=10.1103/PhysRevLett.33.1404|url=https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.33.1404}}</ref>
 
Il gruppo guidato da B. Richter era composto da fisici delle Università di [[Università di Stanford|Stanford]] e [[Università della California - Berkeley|Berkeley]]. L'esperimento prendeva dati al collider di elettroni-positroni SPEAR allo Stanford Linear Accelerator Center ([[SLAC]]) a Stanford, [[California]]. I collider elettroni-positroni sono un tipo di acceleratori sviluppato da [[Bruno Touschek]] ai [[Laboratori nazionali di Frascati]] dell'[[Istituto nazionale di fisica nucleare|Istituto Nazionale di Fisica Nucleare.]] Il rivelatore di Richter, Mark-I, era il progenitore di tutti i futuri esperimenti ai collider: a simmetria cilindrica, con rivelatori di tracce in campo magnetico, un sistema di [[tempo di volo]], [[Calorimetro (fisica delle particelle)|calorimetri elettromagnetici]] e camere per l'identificazione di muoni.
 
Questo apparato doveva sostanzialmente contare gli stati finali di coppie di adroni, o elettroni-positroni, o muoni-antimuoni, generati dalle collisioni elettrone-positrone. Da questo conteggio si può ricavare la sezione d'urto di produzione, dividendolo per la [[Luminosità (fisica delle particelle)|luminosità dell'acceleratore]] e l'efficienza del rivelatore. Quando l'energia dei fasci corrispondeva alla massa di una risonanza, la sezione d'urto aumentava di molto (fino ad un fattore quasi 1000 per la J/ψ). Questo richiedeva però una scansione molto fine delle energie dei fasci, in una prima scansione, a passi di 200 MeV, la risonanza era stata completamente mancata, e solo una successiva scansione, a passi di 2 MeV, motivata dalle notizie che arrivavano da Brookhaven, riuscì ad identificare la J/ψ<ref>{{Cita pubblicazione|nome=J. -E.|cognome=Augustin|coautori=et al.|data=1974-12-02|titolo=Discovery of a Narrow Resonance in e+e- Annihilation|rivista=Physical Review Letters|volume=33|numero=23|pp=1406-1408|doi=10.1103/PhysRevLett.33.1406|url=https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.33.1406}}</ref>. La larghezza misurata, circa 2.1 MeV, era interamente dominata dalla dispersione dell'energia dei fasci , la larghezza fisica della J/ψ è infatti di 92,9 keV.
 
Ting e Richter annunciarono la scoperta lo stesso giorno e pubblicarono i lavori sulla stessa rivista. Ci volle circa un anno di intensa attività teorica per identificare la J/ψ come una risonanza composta da un quark charm e un quark anti-charm, e quindi come la scoperta di un nuovo sapore, il charm appunto.<ref>{{Cita web|url=https://www.asimmetrie.it/fascino-svelato?highlight=WyJyaWNodGVyIl0=|titolo=Fascino svelato|autore=Roberto Mussa|sito=Asimmetrie|data=2014|lingua=it-it}}</ref> Era anche la conferma sperimentale del [[meccanismo GIM]] proposto da [[Sheldon Glashow]], [[John Iliopoulos]] e [[Luciano Maiani]] nel 1970. Il [[Premio Nobel per la fisica|Premio Nobel della Fisica]] venne attribuito appensa due anni dopo la scoperta, nel 1976, per "''il lavoro pionieristico nella scoperta di un nuovo tipo di particella elementare pesante".''
 
=== La misura ai Laboratori Nazionali di Frascati. ===
Ai Laboratori Nazionali di Frascati era in funzione il collisore Adone, successore di AdA, il primo collisore di elettroni e positroni mai costruito al mondo. Adone era entrato in funzione nel 1970, prima di SPEAR a Stanford, ma era in grado di accelerare elettroni fino a 3.0 GeV, e non aveva mai superato i 2.8 GeV per ragioni di prudenza. Non era quindi in grado di produrre la J/ψ a 3.1 GeV. Quando la scoperta fu annunciata, i Laboratori di Frascati decisero di spingere Adone a 3.1 GeV, e in soli due giorni di presa dati fu identificato il mesone J/ψ. Per questo lavoro collaborarono tre diversi esperimenti operativi a Frascati: il Gamma-Gamma Group, il Magnet Experimental Group (MEA) e il Baryon-AntiBaryon Group. Il lavoro sperimentale<ref>{{Cita pubblicazione|nome=C.|cognome=Bacci|coautori=et al.|data=1974-12-02|titolo=Preliminary Result of Frascati (ADONE) on the Nature of a New 3.1-GeV Particle Produced in e+e- Annihilation|rivista=Physical Review Letters|volume=33|numero=23|pp=1408-1410|doi=10.1103/PhysRevLett.33.1408|url=https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.33.1408}}</ref> fu ricevuto dalla rivista (si dice dettato per telefono) solo cinque giorni dopo i lavori di Ting e Richter, ma non poté evidentemente accreditarsi della scoperta perché eseguito dopo la proclamazione dei due esperimenti americani.
 
== Denominazione ==
A causa della scoperta quasi simultanea, il bosonemesone J/ψ è l'unica particella elementare ad avere un nome con due lettere. Richter la chiamò "SP", dal nome dell'acceleratore [[SPEAR]] utilizzato allo [[SLAC]]; tuttavia, a nessuno dei suoi collaboratori piacque questo nome. Dopo essersi consultato con il greco di nascita [[Leonidas Resvanis|Leo Resvanis]] (greco di nascita) per vedere quale [[alfabeto greco|lettera greca]] fosse ancora disponibile, e rifiutandodopo aver rifiutato la "[[iota (lettera)|iota]]" perché il suo nome implicavasuggeriva scarsa rilevanza, Richter scelse "psi" -, un nome che, come [[Gersonha Goldhaber]]fatto ponenotare inGerson evidenzaGoldhaber, contiene le lettere del nome originale "SP", ma in ordine inverso.<ref>{{cita web
| cognome = Zielinski
{{cita web
| autorrnome = Zielinski, L.
| titolo = Physics Folklore
| url = http://ed.fnal.gov/samplers/hsphys/folklore.html
| editore = QuarkNet
| data = 08-08-8 agosto 2006
| mese = agosto
| anno = 2006
| accesso = 13-04- aprile 2009
| lingua = en
| dataarchivio = 27 maggio 2010
}}</ref> Coincidentalmente, successivamente le immagini della [[camera a scintille]] spesso ricordavano la forma psi. Ting le assegnò il nome "J", che è una lettera rimossa dal "[[Kaone|K]]", il nome del già noto mesone strange; forse per coincidenza, la "J" somiglia fortemente all'[[ideogramma]] che sta per il [[nome cinese]] di Ting (丁). (Cfr. la denominazione del [[Gallio (elemento)#Storia|Gallio]].)
| urlarchivio = https://web.archive.org/web/20100527185153/http://ed.fnal.gov/samplers/hsphys/folklore.html
| urlmorto = sì
}}</ref>. Inoltre le successive immagini tratte dalla [[camera a scintille]] riproducevano casualmente la forma di una Psi.
Ting assegnò alla particella il nome "J", la lettera precedente a "K", nome del già noto [[Kaone|mesone K]]. Tuttavia non si può giudicare ininfluente la somiglianza della "J" con il [[carattere cinese]] Ting (丁), il [[cognome cinese]] del ricercatore; inoltre J è anche l'iniziale del nome della prima figlia di Ting, Jeanne.
 
Dal momento che la comunità scientifica ha ritenuto ingiusto dare la priorità a uno dei due scopritori, le pubblicazioni successive hanno fatto riferimento alla particella come "J/ψ".
 
Il primo stato eccitato della J/ψ venne chiamato ψ'. È adesso definito come ψ(2S) o occasionalmente ψ(3686), indicando così rispettivamente il suo stato quantico o la massa in [[elettronvolt|MeV]]. AltriGli altri mesoni vettori che sono stati legati charm-anticharm di [[mesone vettore|vettore]] sono indicati similmente con ψ e lo stato quantico (se noto) o la massa.<ref>
{{cita web
| autore = Roos, M.
Riga 65 ⟶ 82:
| titolo = Naming schemes for hadrons
| url = http://pdg.lbl.gov/2007/reviews/namingrpp.pdf
| accesso = 13-04- aprile 2009
| lingua = en
}}</ref>. La "J" non è utilizzata, in quanto per primosoltanto il gruppo di Richter da solo scoprì gli stati eccitati.
 
Il nome ''[[quarkoniumQuarkonio|charmoniumcharmonio]]'' viene usato per il J/ψ e gli altri stati legati charm-anticharm. Questo è, in analogia con il [[positronio]], il quale è ancheanch'esso costituito da una particella e dalla sua antiparticella (unin questo caso [[elettrone]] e un [[positrone]] nel caso del positronio).
 
== Fusione J/ψ ==
In un [[materia di quark|mezzo]] [[cromodinamica quantistica|QCD]] caldo, quando la temperatura s'innalza ben oltre la [[temperatura di Hagedorn]], si prevede che J/ψ e lei suoi suestati eccitazionieccitati fondano.<ref>
 
In un [[materia di quark|mezzo]] [[cromodinamica quantistica|QCD]] caldo, quando la temperatura s'innalza ben oltre la [[temperatura di Hagedorn]], si prevede che J/ψ e le sue eccitazioni fondano.<ref>
{{cita pubblicazione
| autore = Matsui, T.
Riga 79 ⟶ 95:
| anno = 1986
| titolo = J/ψ suppression by quark-gluon plasma formation
| url = httphttps://arxiv.org/abs/hep-ph/0007323
| rivista = [[Physics Letters B]]
| volume = 178
Riga 85 ⟶ 101:
| doi = 10.1016/0370-2693(86)91404-8
| id = <!--{{bibcode|1986PhLB..178..416M}}//-->
| accesso = 28-04- aprile 2010
| lingua = en
}}</ref> QuestoQuesta è unouna deidelle segnali previstimanifestazioni della formazione del [[plasma di quark e gluoni]] (QGP). GliDal esperimenti[[2009]] sullogli ioneesperimenti pesanteeffettuati con ilal [[Super Proton Synchrotron]] aldel [[CERN]] e con ilal [[collisionatore diRelativistic ioniHeavy pesantiIon relativisticiCollider]] del [[Brookhaven National Laboratory|BNL]] (BNL) hanno studiato a partire dal 2009 questo fenomeno senza un risultatorisultati conclusivodefinitivi. Ciò è dovuto all'esigenza che la scomparsa dei mesoni J/ψ dal ''QGP'' sia valutata secondo la linea disulla base di riferimento fornita dalladella produzione totale di tutte le particelle subatomiche contenenti quark charm, e perché è ampiamentemolto prevedibileprobabile che alcuni dei J/ψ sianovengano prodotti e/o distrutti mesoni J/ψ al momento dell'[[adronizzazione]] del [[Plasma di quark e gluoni|QGP]]. Pertanto vi è ancora incertezza nellesulle condizioni prevalenti delle collisioni iniziali.
 
Infatti, invece della soppressione, è previstaprevisto laun produzioneaumento miglioratadella produzione di J/ψ<ref>
{{cita pubblicazione
| autore = Thews, R.L.;
Riga 95 ⟶ 111:
| anno = 2001
| titolo = Enhanced J/ψ production in deconfined quark matter
| url = httphttps://arxiv.org/abs/hep-ph/0007323
| rivista = [[Physical Review C]]
| volume = 63
Riga 101 ⟶ 117:
| doi = 10.1103/PhysRevC.63.054905
| id = {{arXiv|hep-ph/0007323}}
| accesso = 28-04- aprile 2010
| lingua = en
}}</ref> negli [[Large Hadron Collider#Collisionatore ionico|esperimenti con ioni pesanti]] ala LHC]], dove il meccanismo di produzione di quark ricombinanti deve essere dominante data l'abbondanza di quark charm nel QGP. DaLe partetracce dei J/ψ, il [[mesone B charmed|mesoni B charmed]] (B<sub>c</sub>), offrono una traccia]] indicanteindicano che i quark si muovono liberamente e si legano a volontàliberamente quando si [[adronizzazione|combinano per formare adroni]].<ref>
{{cita pubblicazione
| autore = Schroedter, M.;
| coautori = Thews, R.L.; Rafelski, J.
| anno = 2000
| url = httphttps://arxiv.org/abs/hep-ph/0004041
| titolo = B<sub>c</sub>-meson production in ultrarelativistic nuclear collisions
| rivista = [[Physical Review C]]
Riga 115 ⟶ 131:
| doi = 10.1103/PhysRevC.62.024905
| id = {{arXiv|hep-ph/0004041}}
| accesso = 28-04- aprile 2010
| lingua = en
}}</ref><ref>
Riga 123 ⟶ 139:
| anno = 1999
| titolo = B<sub>c</sub> mesons as a signal of deconfinement
| url = httphttps://arxiv.org/abs/hep-ph/9905201
| accesso = 28-04- aprile 2010
| lingua = en
}}</ref>
 
== Modi di decadimento ==
I modi di decadimento adronico dei mesoni J/ψ sono fortemente soppressi a causa della [[regola di OZI]]. Questo effetto aumenta fortemente la durata della vita media della particella e in tal modo si fornisce la sua strettissima [[larghezza di risonanza|larghezza di decadimento]] è di appena {{M|93,2|2,1|uul=keV}}. A causa di questa forte soppressione il decadimento elettromagnetico comincia a competere con il decadimento adronico. Per questo motivo J/ψ ha per i leptonic'è una significativa [[Rapporto di ramificazione|frazione di decadimento]] in leptoni.
 
== Bibliografia ==
<references/>
 
== Voci correlate ==
* [[Regola di OZI]]
* [[Mesone]]
* [[Lista di scoperte indipendenti#XX_ secolo|Lista di scoperte indipendenti]]
* [[Plasma di quark e gluoni]]
* [[Relativistic Heavy Ion Collider]]
* [[Super Proton Synchrotron]]
 
== NoteAltri progetti ==
{{interprogetto}}
<references/>
 
== Collegamenti esterni ==
* {{Collegamenti esterni}}
*{{En}} [http://prola.aps.org/abstract/PRD/v2/i7/p1285_1 Weak Interactions with Lepton-Hadron Symmetry]. The GIM Paper.
*{{En}} [http://www.symmetrymag.org/cms/?pid=1000180 Logbook page of J/ψ co-discovery at SLAC]
*{{En}} [http://prola.aps.org/abstract/PRL/v33/i23/p1406_1 ψ discovery paper.]
*{{En}} [http://prola.aps.org/abstract/PRL/v33/i23/p1404_1 J discovery paper.]
*{{En}} [http://pdg.lbl.gov/2007/reviews/namingrpp.pdf Naming scheme for hadrons, W.-M. Yao et al., J. Phys. G 33, 108 (2006)]
 
{{particelle}}
{{Controllo di autorità}}
{{portale|fisica}}
 
[[Categoria:Mesoni]]
[[Categoria:Particelle elementari]]
 
[[Categoria:Quark]]
[[cs:Částice J/ψ]]
[[de:J/ψ-Meson]]
[[en:J/ψ meson]]
[[es:Mesón J/ψ]]
[[eu:J/ψ partikula]]
[[fa:ذره پسی]]
[[fr:Méson J/Ψ]]
[[hr:J/ψ mezon]]
[[ja:ジェイプサイ中間子]]
[[ko:제이/프시 중간자]]
[[pl:Charmonium]]
[[pnb:J/ψ میزون]]
[[ru:J/ψ-мезон]]
[[simple:J/ψ particle]]
[[sk:Častica J/psí]]
[[sl:Mezon J/Ψ]]
[[uk:J/ψ-мезон]]
[[zh:J/ψ介子]]