Jump to content

Очаровательный кварк

Это хорошая статья. Нажмите здесь для получения дополнительной информации.
(Перенаправлено с Зачарованного кварка )

Очаровательный кварк
Состав Элементарная частица
Статистика Фермион
Семья Кварк
Поколение Второй
Взаимодействия сильный , электромагнитный , слабый , гравитационный
Символ
с
Античастица Очарование антикварк (
с
)
Теоретический
Обнаруженный
Масса 1,27 ± 0,02 ГэВ/ c 2
Электрический заряд + 2 / 3 e
Цветовой заряд Да
Вращаться 1 / 2  ħ
Слабый изоспин ЛХ : + 1 / 2 , правая : 0
Слабый гиперзаряд ЛХ : + 1 / 3 , правая : + 4 / 3

Очарованный кварк , очарованный кварк или c-кварк — это элементарная частица, обнаруженная в составных субатомных частицах, называемых адронами, таких как J/psi-мезон и очарованные барионы, образующиеся в результате столкновений ускорителей частиц. Несколько бозонов , включая бозоны W и Z и бозон Хиггса , могут распадаться на очаровательные кварки. Все очаровательные кварки несут в себе очарование , квантовое число . Эта частица второго поколения является третьим по массе кварком с массой 1,27 ± 0,02 ГэВ/ с. 2 по измерениям в 2022 году и заряд + 2 / 3  e .

В 1964 году Джеймс Бьоркен и Шелдон Глэшоу выдвинули теории об очаровании кварка, а в 1970 году Глэшоу и Джон Илиопулос также выдвинули теории по поводу других. [1] [2] [3] В 1974 году он был отдельно открыт с помощью J/psi-мезона в Брукхейвенской национальной лаборатории и Стэнфордском центре линейных ускорителей . В последующие несколько лет было обнаружено несколько очарованных частиц, в том числе D-мезон и очарованные странные мезоны.

В XXI веке барион, был найден содержащий два очарованных кварка. Недавно были получены доказательства существования в протоне собственных очаровательных кварков , а также изучена связь очарованного кварка и бозона Хиггса. Недавние данные также указывают на нарушение CP при распаде D 0 мезон, содержащий очаровательный кварк.

По словам Шелдона Глэшоу , очарованный кварк получил свое название из-за «симметрии, которую он привнес в субъядерный мир». [4] [5] Глэшоу также оправдал это название как «волшебное устройство для предотвращения зла», потому что добавление очаровательного кварка предотвратило бы нежелательные и невидимые распады в теории трех кварков того времени. [4] Очаровательный кварк также называют «очарованным кварком» как в академическом, так и в неакадемическом контексте. [6] [7] [8] Символ очаровательного кварка — «с». [9]

В 1961 году Мюррей Гелл-Манн представил « Восьмеричный путь» как модель группировки барионов и мезонов . [10] В 1964 году Гелл-Манн и Джордж Цвейг независимо друг от друга предположили, что все адроны состоят из элементарных составляющих, которые Гелл-Манн назвал «кварками». [11] Первоначально только верхний кварк , нижний кварк и странный кварк . были предложены [12] Эти кварки произвели бы все частицы Восьмеричного Пути. [13] Гелл-Манн и Кадзухико Нисидзима установили странность , квантовое число, в 1953 году для описания процессов, в которых участвуют странные частицы, такие как
С
и
л
. [14]

Теоретическое предсказание

[ редактировать ]
Механизм GIM объясняет редкость распада
К 0
на два мюона за счет вовлечения в процесс очаровательного кварка (с).

В 1964 году Джеймс Бьоркен и Шелдон Глэшоу выдвинули теорию «очарования» как нового квантового числа. [15] В то время было известно четыре лептона электрон , мюон и каждое из их нейтрино , — но Гелл-Манн изначально предлагал только три кварка. [5] Таким образом, Бьоркен и Глэшоу надеялись с помощью своей теории установить параллели между лептонами и кварками. [16] По словам Глэшоу, эта гипотеза возникла на основе «эстетических аргументов». [4]

В 1970 году Глэшоу, Джон Илиопулос и Лучано Майани предложили новый кварк, отличавшийся от трех известных тогда кварков квантовым числом очарования . [17] [18] Далее они предсказали существование «очарованных частиц» и предложили способы их экспериментального производства. [19] Они также предположили, что очарованный кварк может обеспечить механизм — механизм GIM — для облегчения объединения слабых и электромагнитных взаимодействий. [20]

На конференции по экспериментальной мезонной спектроскопии (EMS) в апреле 1974 года Глэшоу представил свою статью под названием «Очарование: изобретение ждет открытия». Глэшоу утверждал, что, поскольку нейтральные токи , вероятно, существуют, четвертый кварк «крайне необходим» для объяснения редкости распадов некоторых каонов . [21] Он также сделал несколько предсказаний о свойствах очаровательных кварков. [22] На следующей конференции EMS в 1976 году он сделал ставку:

Есть всего три возможности:

  1. Очарования не обнаружено, и я ем свою шляпу.
  2. Очарование обнаруживают адронные спектроскопы, и мы празднуем это.
  3. Очарование находят чужеземцы, [а] и ты ешь свои шляпы. [22]

В июле 1974 года на 17-й Международной конференции по физике высоких энергий (ICHEP) Илиопулос сказал:

Я уже выиграл несколько бутылок вина, поставив на нейтральные токи, и теперь я готов поспорить на целый случай, что, если в слабых взаимодействиях этой Конференции будет доминировать открытие нейтральных токов, то вся следующая Конференция будет доминировать. открытием очарованных частиц. [24]

Применяя аргумент естественности к расщеплению масс каонов между K 0
Л
и К 0
S
утверждает, что масса очарованного кварка была оценена Мэри К. Гайяр и Бенджамином В. Ли в 1974 году как менее 5 ГэВ/ c. 2 . [25] [26]

Открытие

[ редактировать ]

Глэшоу предсказал, что даун-кварк протона может поглотить
В +
и стать очаровательным кварком. Затем протон превратился бы в очарованный барион, а затем распался на несколько частиц, включая лямбда-барион . В конце мая 1974 года Роберт Палмер и Николас П. Самиос обнаружили событие, генерирующее лямбда-барион из своей пузырьковой камеры в Брукхейвенской национальной лаборатории . [27] Палмеру потребовались месяцы, чтобы убедиться, что лямбда-барион произошел от очарованной частицы. [28] Магнит пузырьковой камеры вышел из строя в октябре 1974 года, и с таким событием они не столкнулись. [21] Два учёных опубликовали свои наблюдения в начале 1975 года. [29] [30] Майкл Риордан отметил, что это событие было «двусмысленным» и «обнадеживающим, но не убедительным доказательством». [31]

Дж/пси-мезон (1974)

[ редактировать ]

В 1974 году Сэмюэл С.С. Тинг искал очарованные частицы в Брукхейвенской национальной лаборатории (BNL). [32] Его команда использовала детектор электронных пар. [33] К концу августа они обнаружили пик при 3,1 ГэВ/ с. 2 а ширина сигнала была менее 5 МэВ . [34] В конце концов команда убедилась, что наблюдала массивную частицу, и назвала ее «J». Тинг подумывал объявить о своем открытии в октябре 1974 года, но отложил это объявление из-за опасений по поводу соотношения μ/π. [35]

В Стэнфордском центре линейных ускорителей (SLAC) группа Бертона Рихтера провела эксперименты 9–10 ноября 1974 года. Они также обнаружили высокую вероятность взаимодействия при энергии 3,1 ГэВ/ с. 2 . Они назвали частицу «пси». [36] 11 ноября 1974 года Рихтер встретил Тинга в SLAC. [37] и они объявили о своем открытии. [38]

Теоретики сразу же приступили к анализу новой частицы. [39] Было показано, что его срок службы составляет 10 баллов. −20 секунд, что указывает на особые характеристики. [36] [40] Томас Аппелквист и Дэвид Политцер предположили, что частица состоит из очарованного кварка и очарованного антикварка, спины которых ориентированы параллельно. Эти двое назвали эту конфигурацию «чармониум». [39] Чармоний будет иметь две формы: «орточармоний», где спины двух кварков параллельны, и «парачармоний», где спины ориентированы противоположно. [41] Мюррей Гелл-Манн также верил в идею чармония. [42] Некоторые другие теоретики, такие как Ричард Фейнман , первоначально думали, что новая частица состоит из ап-кварка с очаровательным антикварком. [39]

15 ноября 1974 года Тинг и Рихтер выпустили пресс-релиз о своем открытии. [43] 21 ноября в SLAC SPEAR обнаружил резонанс частицы J/psi с энергией 3,7 ГэВ/ с. 2 как и Мартин Брайденбах и Теренс Гольдман. предсказывали [43] Эту частицу назвали ψ′ («пси-простая»). [44] В конце ноября Аппельквист и Политцер опубликовали свою статью, посвященную теории чармония. Глэшоу и Альваро Де Рухула также опубликовали статью под названием «Найдено ли связанное очарование?», в которой они использовали очарованный кварк и асимптотическую свободу для объяснения свойств J/psi-мезона. [45]

В конце концов, 2 декабря 1974 года журнал Physical Review Letters (PRL) опубликовал статьи Тинга об открытии J и пси. [46] и судьи [47] соответственно. [45] Об открытии пси-прайма было опубликовано на следующей неделе. [45] Затем, 6 января 1975 г., PRL опубликовала девять теоретических статей о частице J/psi; по словам Майкла Риордана, пятеро из них «пропагандировали гипотезу очарования и ее вариации». [30] В 1976 году Тинг и Рихтер получили Нобелевскую премию по физике за открытие «тяжелой элементарной частицы нового типа». [48]

В августе 1976 года в The New York Times Глэшоу вспомнил свою ставку и прокомментировал: «Вино Джона [Илиопулоса] и моя шляпа были спасены в самый последний момент». [4] На следующей конференции EMS спектроскописты ели мексиканские конфетные шляпы, предоставленные организаторами. [49] [50] В том же году Фрэнк Клоуз написал в журнале Nature статью под названием «Илиопулос выиграл пари», заявив, что на 18-м ICHEP «действительно доминировало это самое открытие». [20] Никто не выплатил Илиопулосу свои ставки. [51] [38]

Другие очарованные частицы (1975–1977)

[ редактировать ]

В апреле 1975 г. Э.Г. Каццоли и др., включая Палмера и Самиоса, опубликовали свои ранние неоднозначные доказательства существования очарованного бариона. [29] К моменту проведения Симпозиума лептон-фотон в августе 1975 года было открыто восемь новых тяжелых частиц. [52] Однако эти частицы не имеют абсолютного очарования. [53] Начиная с четвертого квартала того же года физики начали искать частицы с сетчатым, или «голым», шармом. [54]

3 мая 1976 года в SLAC Герсон Гольдхабер и Франсуа Пьер зарегистрировали энергию с энергией 1,87 ГэВ/ с. 2 предполагало наличие нейтрального очарованного D-мезона пик, что, согласно предсказанию Глэшоу, . 5 мая Гольдхабер и Пьер опубликовали совместный меморандум об открытии «обнаженного очарования». [55] Ко времени XVIII Международной конференции по физике высоких энергий были открыты еще больше очарованных частиц. Риордан сказал, что на конференции «от сеанса за сеансом появлялись убедительные доказательства существования обаяния», подтверждая существование очаровывающего кварка. [56] [57] Очарованный странный мезон был открыт в 1977 году. [58] [59]

Более поздние и текущие исследования

[ редактировать ]

В 2002 году коллаборация SELEX в Фермилабе опубликовала первое наблюдение дважды очарованного бариона.
Х +
cc
(«двойное очарование xi+»)
. [60] Это трехкварковая частица, содержащая два очаровательных кварка. Команда обнаружила, что дважды очарованные барионы с верхним кварком более массивны и имеют более высокую скорость производства, чем барионы с нижним кварком. [61]

В 2007 году коллаборации BaBar и Belle сообщили о доказательствах смешивания двух нейтральных очарованных мезонов:
Д 0
и
Д 0
. [62] [63] [64] Данные подтвердили, что скорость смешивания невелика, как и предсказывает стандартная модель . [65] Ни в одном из исследований не было обнаружено доказательств нарушения CP между распадами двух очарованных частиц. [62] [63]

В 2022 году коллаборация NNPDF обнаружила доказательства существования кварков собственного очарования в протоне. [66] [67] В том же году физики также провели прямой поиск распадов бозона Хиггса на шарм-кварки с помощью детектора ATLAS Большого адронного коллайдера . [68] Они определили, что связь Хиггс-чарм слабее, чем связь Хиггс-дно. [69] 7 июля 2022 года эксперимент LHCb объявил, что они обнаружили доказательства прямого нарушения CP при распаде D. 0 мезон в пионы . [70]

Характеристики

[ редактировать ]

Очаровательный кварк — это кварк up-типа второго поколения . [6] [64] Оно несет в себе очарование, квантовое число . [71] Согласно Обзору физики частиц 2022 года , очарованный кварк имеет массу 1,27 ± 0,02 ГэВ/ с. 2 , [б] заряд + 2/3 . e   и очарование +1 [9] Очаровательный кварк более массивен, чем странный кварк: отношение их масс составляет около 11,76 +0,05.
−0.10
. [9]

Матрица СКМ описывает слабое взаимодействие кварков. [73] По состоянию на 2022 год значения матрицы CKM, относящейся к очаровательному кварку, составляют: [74]

Супермультиплет . барионов, содержащий верхние, нижние, странные и очаровательные кварки с полуспином

Очаровательные кварки могут существовать либо в виде «открытых очаровательных частиц», которые содержат один или несколько очарованных кварков, либо в виде состояний чармония, которые являются связанными состояниями очарованного кварка и очарованного антикварка. [64] Существует несколько очарованных мезонов, в том числе
Д ±
и
Д 0
. [75] К очарованным барионам относятся
л
с
,
С
с
,
Х
с
,
Ой
c
, с различными зарядами и резонансами . [76]

Производство и распад

[ редактировать ]

Частицы, содержащие очарованные кварки, могут рождаться в результате электрон-позитронных или адронных столкновений. [77] Используя разные энергии, электрон-позитронные коллайдеры могут производить пси- или ипсилон- мезоны. [78] Адронные коллайдеры производят частицы, содержащие очаровательные кварки с более высоким поперечным сечением . [с] [81] также W-бозон может распадаться на адроны, содержащие очарованный кварк или очарованный антикварк. [82] Z-бозон может распасться на чармоний в результате фрагментации очаровательного кварка. [83] Бозон Хиггса также может распадаться на
Дж/п
или
или
c
посредством того же механизма. Скорость распада бозона Хиггса на чармоний «управляется взаимодействием очарования-кварка Юкавы ». [84]

Очаровательный кварк может распадаться на другие кварки посредством слабых распадов. [64] Очаровательный кварк также аннигилирует вместе с очарованным антикварком во время распадов чармониевых мезонов в основном состоянии. [64]

Примечания

[ редактировать ]
  1. ^ По словам Риордана, слово «чужеземцы» означает «другие физики, которые занимались рассеянием нейтрино или измеряли электрон-позитронные столкновения в накопительных кольцах». [23]
  2. ^ В « Обзоре физики частиц» используется единица измерения ГэВ вместо ГэВ/ с. 2 . [9] Это связано с тем, что в физике элементарных частиц используются натуральные единицы , в которых скорость света равна единице. [72] В Обзоре также отмечается, что эта масса соответствует «бегущей» массе в схеме минимального вычитания (схема МС). [9]
  3. ^ По словам Марка Томсона , сечение в физике элементарных частиц является мерой квантовомеханической вероятности взаимодействия. [79] Это отношение между скоростью взаимодействия на одну частицу-мишень и потоком падающих частиц. [80]
  1. ^ Амати и др. 1964 год .
  2. ^ Маки и Онуки 1964 .
  3. ^ Хара 1964 .
  4. ^ Jump up to: а б с д Глэшоу 1976 года .
  5. ^ Jump up to: а б Риордан 1987 , с. 210 .
  6. ^ Jump up to: а б Харари 1977 , с. 6.
  7. ^ Риордан 1992 , с. 1292.
  8. ^ Левин 2017 .
  9. ^ Jump up to: а б с д и Уоркман и др. 2022 , с. 32.
  10. ^ Гриффитс 2008 , с. 35.
  11. ^ Гриффитс 2008 , с. 37.
  12. ^ Гриффитс 2008 , с. 39.
  13. ^ Гриффитс 2008 , с. 41.
  14. ^ Гриффитс 2008 , с. 34.
  15. ^ Бьоркен и Глэшоу 1964 , с. 255.
  16. ^ Гриффитс 2008 , стр. 44–45.
  17. ^ Глэшоу, Илиопулос и Майани 1970 , с. 1287.
  18. ^ Аппельквист, Барнетт и Лейн 1978 , стр. 390.
  19. ^ Глэшоу, Илиопулос и Майани 1970 , с. 1290–1291.
  20. ^ Jump up to: а б Клоуз 1976 , с. 537.
  21. ^ Jump up to: а б Риордан 1987 , с. 297 .
  22. ^ Jump up to: а б Рознер 1998 , с. 14.
  23. ^ Риордан 1987 , с. 295 .
  24. ^ Илиопулос 1974 , с. 100.
  25. ^ Джудиче, Джан Франческо. «Естественно: критерий естественности и физика на БАКе». Перспективы физики БАКа (2008): 155–178.
  26. ^ Гайяр и Ли 1974 .
  27. ^ Риордан 1987 , стр. 295–297 .
  28. ^ Риордан 1987 , стр. 296.
  29. ^ Jump up to: а б Каццоли и др. 1975 год .
  30. ^ Jump up to: а б Риордан 1987 , с. 306 .
  31. ^ Риордан 1987 , с. 306: «Это было обнадеживающе, но не убедительно, свидетельство [...] это было двусмысленным».
  32. ^ Риордан 1987 , стр. 297–298 .
  33. ^ Тинг 1977 , с. 239.
  34. ^ Тинг 1977 , с. 243.
  35. ^ Тинг 1977 , с. 244.
  36. ^ Jump up to: а б Саутворт 1976 , с. 385.
  37. ^ Саутворт 1976 , стр. 385–386.
  38. ^ Jump up to: а б Рознер 1998 , с. 16.
  39. ^ Jump up to: а б с Риордан 1987 , с. 300 .
  40. ^ Риордан 1987 , с. 300.
  41. ^ Риордан 1987 , с. 304 .
  42. ^ Риордан 1987 , с. 300: «Мюррей ... считает, что векторный мезон очарования-античарма более вероятен».
  43. ^ Jump up to: а б Риордан 1987 , с. 301 .
  44. ^ Риордан 1987 , с. 303 .
  45. ^ Jump up to: а б с Риордан 1987 , с. 305 .
  46. ^ Обер и др. 1974 год .
  47. ^ Огюстен и др. 1974 год .
  48. ^ Саутворт 1976 , с. 383.
  49. ^ Риордан 1987 , с. 321 .
  50. ^ Рознер 1998 , с. 18.
  51. ^ Риордан 1987 , стр. 319–320 .
  52. ^ Риордан 1987 , стр. 310–311 .
  53. ^ Риордан 1987 , с. 312 .
  54. ^ Риордан 1987 , с. 317 .
  55. ^ Риордан 1987 , с. 318 .
  56. ^ Риордан 1987 , с. 319: «Убедительные доказательства обаяния всплывали от сеанса к сеансу. Никаких сомнений больше не было».
  57. ^ Гриффитс 2008 , с. 47: «Благодаря этим открытиям интерпретация... была установлена ​​вне всяких разумных сомнений. Что еще более важно, сама модель кварков была поставлена ​​на ноги».
  58. ^ Бранделик и др. 1977 год .
  59. ^ Гриффитс 2008 , с. 47.
  60. ^ Мэттсон и др. 2002 .
  61. ^ Яп 2002 .
  62. ^ Jump up to: а б Обер и др. 2007 .
  63. ^ Jump up to: а б Старич и др. 2007 .
  64. ^ Jump up to: а б с д и Герсабек 2014 , с. 2.
  65. ^ Обер и др. 2007 , с. 4.
  66. ^ Сотрудничество NNPDF 2022 .
  67. ^ Томпсон и Хоу, 2022 .
  68. ^ Аад и др. 2022 .
  69. ^ Эксперимент ATLAS 2022 .
  70. ^ Эксперимент LHCb 2022 : «Это первое свидетельство прямого нарушения CP при индивидуальном распаде очарования адрона (D 0 → п п + ), со значимостью 3,8 σ ".
  71. ^ Аппельквист, Барнетт и Лейн 1978 , стр. 388.
  72. ^ Томсон 2013 , с. 31.
  73. ^ Томсон 2013 , с. 368.
  74. ^ Уоркман и др. 2022 , стр. 262–263.
  75. ^ Уоркман и др. 2022 , стр. 43–45.
  76. ^ Уоркман и др. 2022 , стр. 100–4.
  77. ^ Герсабек 2014 , стр. 3–4.
  78. ^ Герсабек 2014 , с. 3.
  79. ^ Томсон 2013 , с. 26.
  80. ^ Томсон 2013 , с. 69.
  81. ^ Герсабек 2014 , с. 4.
  82. ^ Томсон 2013 , с. 412.
  83. ^ Бротен, Чунг и Юань 1993 .
  84. ^ Хан и др. 2022 .

Библиография

[ редактировать ]

Новостные статьи

[ редактировать ]
  • Эксперимент ATLAS (2 мая 2022 г.). «Связь очарования бозона Хиггса слабее нижней» . ЦЕРН Курьер . Проверено 3 июня 2023 г.
  • Глэшоу, Шелдон Л. (18 июля 1976 г.). «Охота на кварк» . Нью-Йорк Таймс .
  • Левин, Алайна Г. (ноябрь 2017 г.). «Этот месяц в истории физики» . Новости АПС . Том. 26, нет. 10. Американское физическое общество . Проверено 1 июня 2023 г.
  • Эксперимент LHCb (7 июля 2022 г.). «LHCb копает глубже в распадах очарования, нарушающих CP» . ЦЕРН Курьер . Проверено 27 июля 2023 г.
  • Саутворт, Брайан, изд. (ноябрь 1976 г.). «Нобелевская премия по физике 1976 года» (PDF) . ЦЕРН Курьер . Том. 16, нет. 11. Женева, Швейцария: ЦЕРН. стр. 383–88.
  • Да, Диана Мишель (10 июня 2002 г.). «Охота на дважды очарованного бариона» . Проводной . Проверено 6 июня 2023 г.

Журнальные статьи

[ редактировать ]

Конференции

[ редактировать ]

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: b50d6b5dd133a74a96ff27520995829d__1719151020
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/b5/9d/b50d6b5dd133a74a96ff27520995829d.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Charm quark - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)