b-кварк
| b-кварк (боттом-кварк, бьюті-кварк, чарівний кварк) | |
| Склад: | Фундаментальна частинка |
|---|---|
| Родина: | ферміони |
| Група: | кварки |
| Покоління: | третє |
| взаємодії: | сильна, слабка, електромагнітна, гравітаційна |
| Частинка: | b-кварк |
| Античастинка: | b-антикварк (b) |
| Відкрита: | Співпраця Колумбія — Фермілаб — Стоні Брук (експеримент E288, Леон Ледерман та ін.), 1977 |
| Символ: | b |
| Число типів: | 3 |
| Маса: | 4,67+ 0,18 − 0,06 ГеВ/c2 (1S-маса; може відрізнятися для інших визначень маси) |
| Час життя: | ~10−12 с |
| Електричний заряд: | −⅓ e |
| Кольоровий заряд: | r, g, b |
| Спін: | ½ |
b-кварк (від англ. bottom — дно, або beauty — краса) — одна з фундаментальних частинок у рамках теорії кварків та Стандартної моделі. Для b-кварка характерне особливе квантове число (аромат) — краса. Подібно до інших кварків b-кварк — ферміон зі спіном 1/2. Він бере участь у всіх типах фундаментальних взаємодій, має електричний заряд -1/3. Разом із t-кварком b-кварк входить до третього покоління фундаментальних частинок. Античастинка b-кварка називається b-антикварком.
Існування b-кварка теоретично передбачили Кобаясі Макото та Масукава Тосіхіде у 1973, намагаючись пояснити порушення CP-інваріантності. Назву bottom запропонував у 1974 Хаїм Харарі. Експериментально b-кварк відкрила група під керівництвом Леона Макса Ледермана 1977 року в Фермілабі в ході експеримента E288. Кобаясі та Масукава отримали Нобелівську премію за 2008.[1]
Історія відкриття
Існування третього покоління кварків, яке включало b- і t-кварки, було передбачено у 1973 році Макото Кобаясі і Тосіхіде Масукава для пояснення явища порушення CP-інваріантності[2].
Експериментальне підтвердження це явище отримало в 1977 році у лабораторії Фермілаб співтовариством Колумбія—Фермілаб—університет в Стоуні Брук (експеримент E288 по вивченню протонних зіткнень, керівник проекту — Леон Ледерман та ін.): в цьому експерименті була відкрита Іпсилон-частинка — векторний -ϒмезон, який утворений b-кварком та b-антикварком. Майже відразу сталося відкриття збуджених станів системи : мезонних резонансів ϒ, ϒ і ϒ[3][4].
Процеси, які відбуваються з участю b-кварка, носять жаргонну назву «B-фізика». Оскільки розпади b-кварка у кварки більш легкого аромату сильно пригніченні і відбуваються в основному через слабку взаємодію, то в системах, які містять цю частинку, спостерігається багато цікавих процесів — зокрема, порушення CP-інваріантності, осциляції нейтральних B-мезонів, процеси із внеском петльових «пінгвінних» і «ящикових»[en] діаграм. Багато дослідів в області B-фізики в 2000-і роки виконані в експериментах BaBar (Стандфордський центр лінійного прискорювача, США) і Belle (KEK, Японія). Зараз головним експериментом, що досліджує адрони, що містять b-кварк є LHCb.
Адрони, які містять b-кварк
- Іпсилон-мезон (ϒ-мезон, боттомоній) містить b-кварк і b-антикварк.
- B±-, B0-мезони містять b-кварк і кварк (або антикварк) першого покоління (u- або d-кварк).
- -мезони містять b-кварк і s-кварк.
- -мезони містять b-кварк і c-кварк.
- Баріони, які містять b-кварк і два більш легких кварка ( і т. д.).
| Частинка | Кварковий склад | Маса, Mc2
(МеВ) |
Час життя або ширина | Спін-парність, ізоспін
JP(I) |
Основні моди розпаду |
|---|---|---|---|---|---|
| B±, ,
|
, ,
, |
5279 | 1.6·10−12 c | 0-(1/2) | D0+ін, D*+ін |
| 0-(1/2) | ν+ін, D++ін, D*+ін | ||||
| ϒ | 9460 | 53 кеВ | 1-(0) | τ+τ−, e+e−, μ+μ− |
В таблиці приведені маси, квантові числа, ширини деяких частинок, які мають в своєму складі або кварки.
B-кварки і Нова фізика
Одна з цілей експериментів на Великому адронному колайдері — пошук відхилень від Стандартної моделі. Деякі з таких відхилень пов'язані з процесами народження і розпаду b-кварків, а саме:
- Надрідкісний розпад B-мезона і Bs-мезона на мюон-антимюонну пару відбувається в 3,7 разів частіше, ніж передбачає модель. Наразі, статистична значущість цього відхилення складає 2,2σ[5]
- Значні відхилення від Стандартної моделі у розпаді b-кварка на s-кварк і мюон-антимюонну пару. Для цього каналу їх значущість досягає 3,6σ.[6]
- Порушення лептонної універсальності — відношення ймовірностей розпаду з утворенням мюон-антимюонної пари і електрон-позитронної пари має бути близьким до одиниці, тоді як експерименти показують, що воно є суттєво нижчим.[7]
Примітки
- ↑ Индурайн Ф. . Квантовая хромодинамика. Введение в теорию кварков и глюонов. — Москва : Мир, 1986.
- ↑ Пескин М., Шрёдер Д. . Введение в квантовую теорию поля. — Ижевск : НИЦ «Регулярная и хаотичная динамика», 2001. — С. 784. — ISBN 5-93972-083-8. — С. 681.
- ↑ Храмов Юрій Олексійович . Физики: Биографический справочник. 2-е изд. — Москва : Наука, 1983. — С. 400. — С. 389.
- ↑ Намбу Йоїтіро. . Кварки. — Москва : Мир, 1984. — 225 с. — С. 129.
- ↑ Распад Bs-мезона на мюон-антимюонную пару(рос.)
- ↑ Распад b-кварка на s-кварк и мюоны(рос.)
- ↑ Нарушение лептонной универсальности в распаде B+→K+ll(рос.)
Посилання
- Зведена таблиця характеристик кварків на сайті Particle Data Group.(англ.)
- Повна таблиця характеристик b-кварка на сайті Particle Data Group.(англ.)
- Стаття про історію відкриття B-кварка на сайті Фермілаб(англ.)
- Классификация адронов на сайті Элементы.ру[ru](рос.)
- Красивые частицы, b-кварк на сайті «nuclphys.sinp.msu.ru»(рос.)
- L. Lederman (1978). The Upsilon Particle. Scientific American. 239 (4): 72. doi:10.1038/scientificamerican1078-72.
- R. Nave. Quarks. HyperPhysics. Georgia State University, Department of Physics and Astronomy. Процитовано 29 червня 2008.
- A. Pickering (1984). Constructing Quarks. University of Chicago Press. с. 114—125. ISBN 0-226-66799-5.
- J. Yoh (1997). The Discovery of the b Quark at Fermilab in 1977: The Experiment Coordinator's Story (PDF). Proceedings of Twenty Beautiful Years of Bottom Physics. Фермілаб. Процитовано 24 липня 2009.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||