Top quark

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Top quark
Clasificare Particulă elementară
Familie Fermiuni
grup Quark
Generaţie Al treilea
Interacțiuni Puternic , slab , electromagnetic , gravitațional
Simbol t (t - )
Antiparticulă Top antiquark ( t )
Teorizat Makoto Kobayashi și Toshihide Maskawa (1973) [1]
Descoperire Colaborare CDF și DØ , 1995
Proprietăți fizice
Masa 173,1 ± 1,3 GeV / c 2 [2]
Viața medie 5 × 10 −25 s
Produse de descompunere Fundul de quark (99,8%),
quark ciudat (0,17%),
quark în jos (0,007%)
Incarcare electrica 2⁄3 și
Sarcina de culoare Da
A învârti ½

Quarkul superior (de obicei prescurtat ca quark t), uneori numit quark adevăr, este o a treia generație de quark cu o sarcină electrică pozitivă + 2/3 și .

Quarkul de sus este de departe cea mai masivă particulă elementară : cea mai recentă măsurare a masei sale este de 173,1 ± 1,3 GeV / c 2 , [3] aproape ca cea a nucleului atomic al aurului .

Interacționează în principal cu interacțiunea puternică , dar poate decădea doar prin forța slabă . Se descompune aproape exclusiv într-un boson W și un quark inferior . Modelul standard prezice că durata sa de viață este de aproximativ 5 × 10 −25 secunde, [4] care este de 20 de ori mai rapidă decât scara de timp a interacțiunilor puternice; prin urmare, nu are hadron , oferind fizicienilor o oportunitate unică de a studia un quark „gol”.

A fost descoperit în 1995 prin experimentele CDF și DØ [5] [6] la laboratorul Fermilab situat în Chicago , SUA .

Descoperire

În 1973, fizicienii Makoto Kobayashi și Toshihide Maskawa au prezis existența unui quark de a treia generație pentru a explica încălcarea parității CP în decăderea kaon . [1] Numele de quarks „de sus” și „de jos” au fost introduse de Haim Harari în 1975, [7] [8] pentru a le corela cu quark-urile din prima generație, în sus și în jos, în raport cu faptul că au fost rotirea componentele în sus și în jos ale unui dublet de izospin slab . [9] Quarkul superior a fost numit și „quarkul adevărului”, dar cuvântul „top” este acum predominant, chiar dacă ambii au același „t” inițial folosit în abrevieri. [10]

Ideea lui Kobayashi și Maskawa s-a bazat pe mecanismul GIM propus de Sheldon Lee Glashow , John Iliopoulos și Luciano Maiani , [11] care au prezis existența quarkului de farmec niciodată observat până acum. Când în noiembrie 1974 două echipe independente care lucrau respectiv la Laboratorul Național Brookhaven (BNL) și la Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) au anunțat simultan descoperirea mezonului J / ,, a fost identificat rapid ca o stare legată a quarkului farmec lipsă și a antiquark-ul său. Descoperirea a făcut ca mecanismul GIM să devină parte a modelului standard . [12]

Odată cu acceptarea mecanismului GIM, predicția lui Kobayashi și Maskawa a câștigat credibilitate, care a fost sporită în continuare de descoperirea particulei tau de către echipa condusă de Martin Lewis Perl la SLAC între 1974 și 1978. [13]

Aceasta a introdus o a treia generație de leptoni , care a rupt simetria dintre leptoni și quarks introdusă de mecanismul GIM. Restabilirea simetriei a presupus existența unui al cincilea și al șaselea quark.

Al cincilea quark, fundul, a fost identificat la scurt timp în 1977 de grupul de experimente E238 condus de Leon Lederman la Fermilab . [14] [15] [16]

Acest rezultat a sugerat cu tărie existența celui de-al șaselea quark, vârful, pentru a completa perechea. Se știa că masa sa trebuie să fi fost mai mare decât cea a fundului, necesitând astfel mai multă energie pentru ao crea în timpul coliziunii particulelor, dar se credea că descoperirea va veni în curând. În schimb, a mai trecut 18 ani până când a fost confirmată existența topului. [17]

După o serie de încercări nereușite atât la SLAC, cât și la DESY din Hamburg, descoperirea bosonilor W și Z la Sincrotronul Super Proton (SPS) de la CERN a dat un nou impuls căutării „vârfului” și a confirmat că masa sa trebuia să fie mai mare de 77 GeV / c2. [17]

Până la intrarea în funcțiune a CERN lui LHC , de la Fermilab Tevatron la era acceleratorul de particule doar cu o putere capabilă să producă cuarcul top. Cu toate acestea, a fost necesar să se adauge un al doilea detector, D zero, iar în octombrie 1992 cele două grupuri au dat un prim indiciu de detectare a unui eventual eveniment care conține partea de sus. Abia în 1995, însă, cele două grupuri de cercetare au reușit să anunțe în comun descoperirea quarkului superior cu o valoare p indicativă de 5σ și indicând o masă de 176,18 GeV / c 2 . [5] [6] [17]

În anii următori, s-a observat că precizia măsurătorilor de masă a bosonilor vectoriali ai forței electrodebole și a cuplajelor acestora au fost foarte sensibili la valoarea masei quarkului superior. Dezvoltarea tehnicilor care au condus la calcule foarte precise ale acestor valori au permis lui Gerardus t Hooft și Martinus Veltman să câștige Premiul Nobel pentru fizică în 1999. [18] [19]

Producția și descompunerea quarkului de top

Primul accelerator cu energie suficientă pentru producerea quarkului superior a fost Tevatronul Fermilab , un proton colider - antiproton cu o energie în centrul de masă al 1,96 TeV . Începând din toamna anului 2009, Large Hadron Collider a funcționat la CERN : atunci când funcționează la capacitate maximă va fi capabil de o energie mult mai mare în centrul de masă, până la aproximativ 14 TeV .

Există două procese principale care vizează producerea de quarks de top:

  • Producția de cuplu prin interacțiuni puternice . Acesta este cel mai frecvent și cel mai bine studiat proces; a fost observat pentru prima dată în 1995 simultan în cele două experimente CDF și DØ .
  • Producție unică prin forța slabă . Acest proces este de aproximativ două ori mai rar decât cel precedent și este mai dificil de observat datorită prezenței multor alte procese care imită aceeași semnătură. A fost observat pentru prima dată în martie 2009 simultan de cele două colaborări CDF [20] și D0. [21]
Coliziunea proton-antiproton la Tevatron, formând o pereche top-antitop. Quarkii superiori (și antitop) se descompun imediat; produsele degradărilor lor sunt vizibile în imagine, deoarece sunt reconstituite de detectorul CDF.

Masa quarkului superior și a bosonului Higgs

Modelul standard descrie masele fermionilor prin mecanismul Higgs . Bosonul Higgs efectuează o cuplare Yukawa la quark-urile superioare cu chiralitate dreaptă și stânga; atunci când, conform teoriei, dobândește o valoare așteptată de vid (spargând în același timp simetria electrovară), componentele din stânga și din dreapta se amestecă împreună devenind un termen de masă și Lagrangianul prezintă o rupere spontană a simetriei , luând forma:

Cuplarea Yukawa a quarkilor superiori are o valoare de

unde este

este valoarea așteptării de vid a bosonului Higgs.

Cuplarea mare Yukawa a quarkului superior este dovadă indirectă în favoarea unui boson Higgs elementar (spre deosebire de un boson Higgs compus).

Notă

  1. ^ a b M. Kobayashi, T. Maskawa, CP - Încălcarea teoriei renormalizabile a interacțiunii slabe , în curs de desfășurare a fizicii teoretice , vol. 49, 1973, p. 652, DOI : 10.1143 / PTP.49.652 .
  2. ^ Copie arhivată , la pdglive.lbl.gov . Accesat la 4 septembrie 2015 (arhivat din original la 12 iulie 2012) .
  3. ^ O combinație de rezultate CDF și D0 pe masa Quarkului superior, arxiv hep-ex / 0903.2503v1
  4. ^ A. Quadt, Top quark physics at hadron colliders , în European Physical Journal C , vol. 48, 2006, pp. 835-1000, DOI : 10.1140 / epjc / s2006-02631-6 .
  5. ^ a b F. Abe și colab . (Colaborare CDF), Observarea producției de quarcuri de top la p Coliziuni cu detectorul de coliziune la Fermilab , în Physical Review Letters , vol. 74, 1995, pp. 2626-2631, DOI : 10.1103 / PhysRevLett.74.2626 .
  6. ^ a b S. Abachi și colab . (Colaborare DØ), Căutați producția de quark de mare masă la p Coliziuni la √s = 1,8 TeV , în Physical Review Letters , vol. 74, 1995, pp. 2422–2426, DOI : 10.1103 / PhysRevLett.74.2422 .
  7. ^ H. Harari, Un nou model de quark pentru hadroni , în Physics Letters B , 57B, 1975, p. 265, DOI : 10.1016 / 0370-2693 (75) 90072-6 .
  8. ^ KW Staley, The Evidence for the Top Quark , Cambridge University Press , 2004, pp. 31–33, ISBN 978-0-521-82710-2 .
  9. ^ DH Perkins, Introducere în fizica energiei înalte , Cambridge University Press , 2000, p. 8, ISBN 0-521-62196-8 .
  10. ^ F. Close, The New Cosmic Onion , CRC Press , 2006, p. 133, ISBN 1-58488-798-2 .
  11. ^ SL Glashow, J. Iliopoulous, L. Maiani, Interacțiuni slabe cu simetria Lepton-Hadron , în Physical Review D , vol. 2, 1970, pp. 1285–1292, DOI : 10.1103 / PhysRevD.2.1285 .
  12. ^ A. Pickering, Constructing Quarks: A Sociological History of Particle Physics , University of Chicago Press , 1999, pp. 253-254, ISBN 978-0-226-66799-7 .
  13. ^ ML Perl și colab. , Dovezi pentru producția anormală de Lepton în Annihilation , în Physical Review Letters , vol. 35, nr. 22, 1975, p. 1489, DOI : 10.1103 / PhysRevLett . 35.1489 .
  14. ^ Discoveries at Fermilab - Discovery of the Bottom Quark , fnal.gov , Fermilab , 7 august 1977. Accesat la 24 iulie 2009 .
  15. ^ LM Lederman, Jurnal de bord: Bottom Quark , în revista Symmetry , vol. 2, nr. 8, 2005 (arhivat din original la 4 octombrie 2006) .
  16. ^ SW Herb și colab ., Observarea unei rezonanțe Dimuon la 9,5 GeV în coliziuni 400-GeV Proton-Nucleus , în Physical Review Letters , vol. 39, 1977, p. 252, DOI : 10.1103 / PhysRevLett.39.252 .
  17. ^ a b c TM Liss, PL Tipton, The Discovery of the Top Quark ( PDF ), în Scientific American , 1997, pp. 54–59.
  18. ^ Premiul Nobel pentru fizică 1999 , pe nobelprize.org , Fundația Nobel . Adus la 10 septembrie 2009 .
  19. ^ Premiul Nobel pentru fizică 1999, comunicat de presă , pe nobelprize.org , Fundația Nobel , 12 octombrie 1999. Accesat la 10 septembrie 2009 .
  20. ^ , Prima observație a producției de quarcuri electrice slabe de top, arxiv hep-ex / 0903.0885
  21. ^ , Observarea producției de quarcuri de top, arxiv hep-ex / 0903.0850

Bibliografie

  • (EN) Richard Feynman, Motivul antiparticulelor, în The 1986 Dirac memorial lectures, Cambridge University Press, 1987, ISBN 0-521-34000-4 .
  • (EN) Richard Feynman, Electrodynamics Quantum, Editura Perseus, 1998, ISBN 0-201-36075-6 .
  • Richard Feynman, QED: The Strange Theory of Light and Matter , Adelphi, ISBN 88-459-0719-8 .
  • (EN) Steven Weinberg, The Quantum Theory of Fields, Volume 1: Foundations, Cambridge University Press, 1995, ISBN 0-521-55001-7 .
  • ( EN ) Claude Cohen-Tannoudji, Jacques Dupont-Roc și Gilbert Grynberg, Photons and Atoms: Introduction to Quantum Electrodynamics , John Wiley & Sons, 1997, ISBN 0-471-18433-0 .
  • ( EN ) JM Jauch și F. Rohrlich, Theory of Photons and Electrons , Springer-Verlag, 1980, ISBN 0-201-36075-6 .

Elemente conexe

linkuri externe


Controlul autorității GND ( DE ) 4185791-4
Cuantic Portal cuantic : Accesați intrările Wikipedia care se ocupă de cuantică
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Quark_top&oldid=122032561 ”