J/пси-мезон

Дж/фунт на квадратный дюйм
Состав	; с ; ; с ;
Статистика	бозонный
Семья	мезон
Взаимодействия	сильный , слабый , электромагнитный , гравитационный
Символ	; Дж/п ;
Античастица	себя
Обнаруженный	SLAC : Бертон Рихтер и др. (1974) ; БНЛ : Сэмюэл Тинг и др. (1974)
Типы	1
Масса	5.5208 × 10 −27 кг ; 3,096 916 ГэВ/ c 2
Ширина затухания	92,9 кэВ
Распадается на	3 ; г ; или ; с ; +2 ; г ; или ; с ;
Электрический заряд	0 и
Вращаться	1 час
Изоспин	0
Гиперзаряд	0
Паритет	−1
C-паритет	−1

The
Дж/п
( J/psi ) мезон / ˈ dʒ eɪ ˈ s aɪ ˈ m iː z ɒ n / — субатомная частица , аромат -нейтральный мезон, состоящий из очарованного кварка и очарованного антикварка . Мезоны, образованные связанным состоянием очарованного кварка и очарованного антикварка, обычно известны как « чармоний » или псионы. ^[1]
Дж/п
является наиболее распространенной формой чармония из-за его спина 1 и низкой массы покоя .
Дж/п
имеет массу покоя 3,0969 ГэВ/ с. ², чуть выше, чем у
или
_в ( 2,9836 ГэВ/ c ²), а среднее время жизни 7,2 × 10 ⁻²¹ с . Эта жизнь оказалась примерно в тысячу раз дольше, чем ожидалось. ^[2]

Его открытие было сделано независимо двумя исследовательскими группами: одна в Стэнфордском центре линейных ускорителей , возглавляемая Бертоном Рихтером , и одна в Брукхейвенской национальной лаборатории , возглавляемая Сэмюэлем Тингом из Массачусетского технологического института . Они обнаружили, что нашли одну и ту же частицу, и оба объявили о своем открытии 11 ноября 1974 года. Важность этого открытия ^{[ нужна ссылка ]} подчеркивается тем фактом, что последующие быстрые изменения в физике высоких энергий в то время стали известны под общим названием « Ноябрьская революция ». Рихтер и Тинг были удостоены Нобелевской премии по физике 1976 года .

Предыстория открытия

Предыстория открытия
Дж/п
был как теоретическим, так и экспериментальным. В 1960-х годах были предложены первые кварковые модели физики элементарных частиц , в которых говорилось, что протоны , нейтроны и все другие барионы , а также все мезоны состоят из дробно заряженных частиц, «кварков», которые бывают шести типов или «ароматы», называемые вверх , вниз , сверху , снизу , странные и очаровательные . Несмотря на способность кварковых моделей наводить порядок в «зоопарке элементарных частиц», в то время их считали чем-то вроде математической фантастики, простым артефактом более глубоких физических причин. ^[3]

Начиная с 1969 года эксперименты по глубоконеупругому рассеянию в SLAC выявили удивительные экспериментальные доказательства существования частиц внутри протонов. Были ли это кварки или что-то другое, сначала было неизвестно. Для полного выявления свойств субпротонных компонентов потребовалось множество экспериментов. В первом приближении они действительно соответствовали ранее описанным кваркам.

На теоретическом фронте калибровочные теории с нарушенной симметрией стали первыми полностью жизнеспособными претендентами на объяснение слабого взаимодействия после того, как Герардус 'т Хоофт обнаружил в 1971 году, как с их помощью выполнять вычисления за пределами уровня дерева . Первым экспериментальным подтверждением этих теорий электрослабого объединения стало открытие слабого нейтрального тока в 1973 году. Калибровочные теории с кварками стали жизнеспособным претендентом на сильное взаимодействие концепция асимптотической свободы в 1973 году, когда была определена .

Однако наивная смесь электрослабой теории и модели кварков привела к расчетам известных режимов распада, которые противоречили наблюдениям: в частности, она предсказала Z-бозоном опосредованные с изменением вкуса распады странного кварка на даун-кварк , которые не наблюдались. Идея Шелдона Глэшоу , Джона Илиопулоса и Лучано Майани 1970 года , известная как механизм GIM , показала, что распады, изменяющие аромат, были бы сильно подавлены, если бы существовал четвертый кварк (теперь называемый очаровательным кварком ), который был бы дополнительным аналогом странный кварк . К лету 1974 года эта работа привела к теоретическим предсказаниям того, каким будет мезон очарование + античарм.

Прогнозы были проигнорированы. ^{[ нужна ссылка ]} Работа Рихтера и Тинга была проделана в основном для исследования новых энергетических режимов, а не для проверки теоретических предсказаний. ^{[ нужна ссылка ]}

Группа в Брукхейвене , ^[а] были первыми, кто заметил пик при энергии 3,1 ГэВ на графиках темпов производства, первыми распознав ψ- мезон - который Тинг назвал "J"-мезоном (в честь себя - его фамилия написана по-китайски 丁 - или, может быть, не в честь себя ^[4]).

Режимы затухания

Адронные режимы распада
Дж/п
строго подавляются из-за правила OZI . Этот эффект сильно увеличивает время жизни частицы и тем самым придает ей очень узкую ширину распада, составляющую всего 93,2 ± 2,1 кэВ . Из-за такого сильного подавления электромагнитные распады начинают конкурировать с адронными распадами. Вот почему
Дж/п
имеет значительную долю разветвления к лептонам.

Первичные режимы распада ^[5] являются:

с с → 3 г		64.1% ± 1.0%
с с → с + 2 г		8.8% ± 1.1%
с с → с		~ 25.5%
	с → адроны	13.5% ± 0.3%
	с → и ⁺ + и ⁻	5.971% ± 0.032%
	с → м ⁺ + м ⁻	5.961% ± 0.033%

Дж/п
плавление

В горячей КХД среде , когда температура поднимается значительно выше температуры Хагедорна ,
Дж/п
и ожидается, что его возбуждения расплавятся. ^[6] Это один из предсказанных сигналов образования кварк-глюонной плазмы . Эксперименты с тяжелыми ионами на CERN суперпротонном синхротроне и на BNL релятивистском коллайдере тяжелых ионов изучали это явление, но по состоянию на 2009 год не дали окончательных результатов. Это связано с требованием, чтобы исчезновение тяжелых ионов
Дж/п
мезонов оценивается относительно базовой линии, обеспечиваемой общим производством всех субатомных частиц, содержащих очарованные кварки, и поскольку широко ожидается, что некоторые
Дж/п
производятся и/или уничтожаются во время КГП адронизации . Таким образом, существует неопределенность в преобладающих условиях при начальных столкновениях.

Фактически, вместо подавления, усиленное производство
Дж/п
ожидается ^[7] в экспериментах с тяжелыми ионами на БАК , где кварк-комбинантный механизм рождения должен быть доминирующим, учитывая большое количество очаровательных кварков в КГП. Помимо
Дж/п
, очарованные B-мезоны (
Б
_в ) предлагают сигнатуру, указывающую на то, что кварки движутся свободно и произвольно связываются при объединении с образованием адронов . ^[8]^[9]

Имя

Китайский иероглиф фамилии Тин , напоминающий латинскую букву J.

Благодаря почти одновременному открытию,
Дж/п
— единственная частица, имеющая двухбуквенное имя. Рихтер назвал его «SP» в честь ускорителя SPEAR , используемого в SLAC ; однако никому из его коллег это имя не нравилось. Посоветовавшись с уроженцем Греции Лео Ресванисом , чтобы узнать, какие греческие буквы все еще доступны, и отвергнув слово « йота », поскольку его название подразумевает незначительность, Рихтер выбрал «пси» - имя, которое, как Герсон Гольдхабер указал , содержит первоначальное название «SP». ", но в обратном порядке. ^[10] По совпадению, более поздние изображения искровой камеры часто напоминали форму пси. Тинг присвоил ему имя «J», которое находится на одну букву от « К », названия уже известного странного мезона; Другая причина в том, что «j» — это символ электромагнитного тока. ^[4] Возможно, по совпадению, «J» сильно напоминает китайский иероглиф Тинга имени ( 丁 Dīng ). J также является первой буквой имени старшей дочери Тинга, Жанны.

Большая часть научного сообщества сочла несправедливым отдавать приоритет одному из двух первооткрывателей, поэтому в большинстве последующих публикаций эту частицу называли «
Дж/п
".

Первое возбужденное состояние
Дж/п
назывался ψ′; теперь он называется ψ(2S), что указывает на его квантовое состояние. Следующее возбужденное состояние было названо ψ″; теперь он называется ψ(3770), что указывает на массу в МэВ/ с. ². Другие векторные состояния очарования-античарма обозначаются аналогично ψ и квантовому состоянию (если известно) или массе. ^[11] Буква «J» не используется, поскольку только группа Рихтера впервые обнаружила возбужденные состояния.

Название чармоний используется для
Дж/п
и другие состояния, связанные с очарованием-античармом. ^[б] Это по аналогии с позитронием , который также состоит из частицы и ее античастицы ( электрона и позитрона в случае позитрония).

См. также

Сноски

^ Гленн Эверхарт, Терри Роудс, Мин Чен и Ульрих Беккер в Брукхейвене первыми обнаружили пик скорости образования пар с энергией 3,1 ГэВ.
^
Существует два различных режима нейтральных мезонов без запаха : с низкой массой и с высокой массой.
Более легкие мезоны, такие как нейтральный пион (
п ⁰
, самый легкий из всех мезонов),
или
и
или'
,
р ⁰
,
ой ⁰
, и так далее. Независимо от того, большая или низкая масса, поскольку квантовые числа всех мезонов без запаха равны нулю, их можно отличить только по их массам. Обычно их кварковое содержание невидимо, особенно у маломассивных мезонов без запаха, не только потому, что их очень похожие малые массы легко спутать, но и потому, что сами частицы малой массы действительно существуют в виде смесей. Например, наименьшую массу из всех мезонов имеет нейтральный пион ; это примерно равная смесь d d и u u соответствующих пар кварк-антикварк.
Однако тяжелые c- и b- кварки достаточно различаются по массе, чтобы отличить их друг от друга:
- $c c$ = "чармоний" =
  Дж/п
  мезон
- $b b$ = " боттомоний " = $ϒ 0$

Ссылки

^ Капуста, Дж.; Мюллер, Б.; Рафельски, Дж. (9 декабря 2003 г.). Кварк-глюонная плазма: теоретические основы: сборник аннотированных репринтов . п. 462. ИСБН 9780444511102 . Проверено 25 сентября 2014 г. - через Google Книги.
^ «Общая премия по физике элементарных частиц» (Пресс-релиз). Шведская королевская академия наук . 18 октября 1976 года . Проверено 23 апреля 2012 г.
^ Пикеринг, А. (1984). Создание кварков . Издательство Чикагского университета . стр. 114–125. ISBN 978-0-226-66799-7 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Некоторое время мы обсуждали название новой частицы. Кто-то указал мне, что действительно возбуждающие стабильные частицы обозначаются латинскими буквами – например, постулируемый W ₀ , промежуточный векторный бозон, Z ₀ и т. д. – тогда как «классические» частицы имеют греческие обозначения, такие как ρ, ω и т. д. Это, в сочетании с тем фактом, что наша работа в последнее десятилетие была сосредоточена на электромагнитном токе. ${\textstyle j_{\mu }(x)}$ дал нам идею назвать эту частицу J-частицей. Сэмюэл Тинг, лекция Нобелевской премии «Открытие J-частицы» , 11 декабря 1976 г. [1]
^ Накамура, К.; и др. ( Группа данных о частицах ) (2022). «J/ψ(1S)» (PDF) . Группа данных о частицах . Журнал физики Г. 37 (7А). Лаборатория Лоуренса Беркли: 075021. Бибкод : 2010JPhG...37g5021N . дои : 10.1088/0954-3899/37/7A/075021 .
^ Мацуи, Т.; Сац, Х. (1986). «Подавление J / ψ за счет образования кварк-глюонной плазмы». Буквы по физике Б. 178 (4): 416–422. Бибкод : 1986PhLB..178..416M . дои : 10.1016/0370-2693(86)91404-8 . ОСТИ 1118865 .
^ Тьюс, РЛ; Шредер, М.; Рафельски, Дж. (2001). «Увеличенное производство J / ψ в деконфайнментированной кварковой материи». Физический обзор C . 63 (5): 054905. arXiv : hep-ph/0007323 . Бибкод : 2001PhRvC..63e4905T . дои : 10.1103/PhysRevC.63.054905 . S2CID 11932902 .
^ Шредер, М.; Тьюс, РЛ; Рафельски, Дж. (2000). «Рождение B _c -мезонов в ультрарелятивистских ядерных столкновениях». Физический обзор C . 62 (2): 024905. arXiv : hep-ph/0004041 . Бибкод : 2000PhRvC..62b4905S . дои : 10.1103/PhysRevC.62.024905 . S2CID 119008673 .
^ Фулчер, LP; Рафельски, Дж.; Тьюс, Р.Л. (1999). «B _c -мезоны как сигнал деконфайнмента». arXiv : hep-ph/9905201 .
^ Зелински, Л. (8 августа 2006 г.). «Физический фольклор» . КваркНет . Проверено 13 апреля 2009 г.
^ Роос, М; Воль, К.Г.; ( Группа данных о частицах ) (2004). «Схемы именования адронов» (PDF) . Проверено 13 апреля 2009 г. {{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

Источники

Глэшоу, СЛ; Илиопулос, Дж.; Майани, Л. (1970). «Слабые взаимодействия с лептон-адронной симметрией». Физический обзор D . 2 (7): 1285–1292. Бибкод : 1970PhRvD...2.1285G . дои : 10.1103/PhysRevD.2.1285 .
Обер, Дж.; и др. (1974). «Экспериментальное наблюдение тяжелой частицы J» . Письма о физических отзывах . 33 (23): 1404–1406. Бибкод : 1974PhRvL..33.1404A . дои : 10.1103/PhysRevLett.33.1404 .
Огюстен, Дж.; и др. (1974). «Открытие узкого резонанса в электронной ⁺и ⁻ Аннигиляция» . Physical Review Letters . 33 (23): 1406–1408. Bibcode : 1974PhRvL..33.1406A . doi : 10.1103/PhysRevLett.33.1406 .
Бобра, М. (2005). «Журнал: частица J/ψ» . Журнал «Симметрия» . 2 (7): 34.
Яо, В.-М.; и др. ( Группа данных о частицах ) (2006). «Обзор физики элементарных частиц: схема именования адронов» (PDF) . Журнал физики Г. 33 (1): 108. arXiv : astro-ph/0601168 . Бибкод : 2006JPhG...33....1Y . дои : 10.1088/0954-3899/33/1/001 .

[Brookhaven-group-4] Гленн Эверхарт, Терри Роудс, Мин Чен и Ульрих Беккер в Брукхейвене первыми обнаружили пик скорости образования пар с энергией 3,1 ГэВ.

[flavorless-meson-note-13] Существует два различных режима нейтральных мезонов без запаха : с низкой массой и с высокой массой.
Более легкие мезоны, такие как нейтральный пион ( $п 0,$ самый легкий из всех мезонов), $или$ и $или',$ $р 0,$ $ой 0,$ и так далее. Независимо от того, большая или низкая масса, поскольку квантовые числа всех мезонов без запаха равны нулю, их можно отличить только по их массам. Обычно их кварковое содержание невидимо, особенно у маломассивных мезонов без запаха, не только потому, что их очень похожие малые массы легко спутать, но и потому, что сами частицы малой массы действительно существуют в виде смесей. Например, наименьшую массу из всех мезонов имеет нейтральный пион ; это примерно равная смесь $d d$ и $u u$ соответствующих пар кварк-антикварк.
Однако тяжелые c- и b- кварки достаточно различаются по массе, чтобы отличить их друг от друга:
$c c$ = "чармоний" =
Дж/п
мезон
$b b$ = " боттомоний " = $ϒ 0$

[3] $c c$ = "чармоний" =
Дж/п
мезон

[4] $b b$ = " боттомоний " = $ϒ 0$

[1] Капуста, Дж.; Мюллер, Б.; Рафельски, Дж. (9 декабря 2003 г.). Кварк-глюонная плазма: теоретические основы: сборник аннотированных репринтов . п. 462. ИСБН 9780444511102 . Проверено 25 сентября 2014 г. - через Google Книги.

[2] «Общая премия по физике элементарных частиц» (Пресс-релиз). Шведская королевская академия наук . 18 октября 1976 года . Проверено 23 апреля 2012 г.

[3] Пикеринг, А. (1984). Создание кварков . Издательство Чикагского университета . стр. 114–125. ISBN 978-0-226-66799-7 .

[TingJ-5] Перейти обратно: ^а ^б Некоторое время мы обсуждали название новой частицы. Кто-то указал мне, что действительно возбуждающие стабильные частицы обозначаются латинскими буквами – например, постулируемый W ₀ , промежуточный векторный бозон, Z ₀ и т. д. – тогда как «классические» частицы имеют греческие обозначения, такие как ρ, ω и т. д. Это, в сочетании с тем фактом, что наша работа в последнее десятилетие была сосредоточена на электромагнитном токе. ${\textstyle j_{\mu }(x)}$ дал нам идею назвать эту частицу J-частицей. Сэмюэл Тинг, лекция Нобелевской премии «Открытие J-частицы» , 11 декабря 1976 г. [1]

[6] Накамура, К.; и др. ( Группа данных о частицах ) (2022). «J/ψ(1S)» (PDF) . Группа данных о частицах . Журнал физики Г. 37 (7А). Лаборатория Лоуренса Беркли: 075021. Бибкод : 2010JPhG...37g5021N . дои : 10.1088/0954-3899/37/7A/075021 .

[7] Мацуи, Т.; Сац, Х. (1986). «Подавление J / ψ за счет образования кварк-глюонной плазмы». Буквы по физике Б. 178 (4): 416–422. Бибкод : 1986PhLB..178..416M . дои : 10.1016/0370-2693(86)91404-8 . ОСТИ 1118865 .

[8] Тьюс, РЛ; Шредер, М.; Рафельски, Дж. (2001). «Увеличенное производство J / ψ в деконфайнментированной кварковой материи». Физический обзор C . 63 (5): 054905. arXiv : hep-ph/0007323 . Бибкод : 2001PhRvC..63e4905T . дои : 10.1103/PhysRevC.63.054905 . S2CID 11932902 .

[9] Шредер, М.; Тьюс, РЛ; Рафельски, Дж. (2000). «Рождение B _c -мезонов в ультрарелятивистских ядерных столкновениях». Физический обзор C . 62 (2): 024905. arXiv : hep-ph/0004041 . Бибкод : 2000PhRvC..62b4905S . дои : 10.1103/PhysRevC.62.024905 . S2CID 119008673 .

[10] Фулчер, LP; Рафельски, Дж.; Тьюс, Р.Л. (1999). «B _c -мезоны как сигнал деконфайнмента». arXiv : hep-ph/9905201 .

[11] Зелински, Л. (8 августа 2006 г.). «Физический фольклор» . КваркНет . Проверено 13 апреля 2009 г.

[12] Роос, М; Воль, К.Г.; ( Группа данных о частицах ) (2004). «Схемы именования адронов» (PDF) . Проверено 13 апреля 2009 г. {{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[1]

[2]

[3]

[а]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[б]