В
Дж / ψ
( Дж / фунты на квадратный дюйм ) мезоны / dʒ eɪ с aɪ м я г ɒ п / или псионом [1] является субатомной частиц , А аромат -нейтрального мезонов , состоящим из очарования кварка и шарм антикварка . Мезоны, образованные связанным состоянием очаровательного кварка и очаровательного антикварка, обычно известны как « чармоний ». В
Дж / ψ
является наиболее распространенной формой чармония из-за его спина 1 и низкой массы покоя . В
Дж / ψ
имеет массу покоя 3,0969 ГэВ / c 2 , чуть выше, чем у
η
c (2,9836 ГэВ / с 2 ), и среднее время жизни из7,2 × 10 −21 с . Эта жизнь оказалась примерно в тысячу раз дольше, чем ожидалось. [2]
Состав | c c |
---|---|
Статистика | Бозонный |
Взаимодействия | Сильный , слабый , электромагнитный , гравитационный |
Символ | Дж / ψ |
Античастица | Себя |
Обнаруженный | SLAC : Бертон Рихтер и др. (1974) BNL : Samuel Ting et al. (1974) |
Типы | 1 |
Масса | 5,5208 × 10 −27 кг 3,096 916 ГэВ / c 2 |
Распадается на | 3 грамм или же γ +2 грамм или же γ |
Электрический заряд | 0 e |
Вращение | 1 |
Изоспин | 0 |
Гиперзаряд | 0 |
Паритет | -1 |
C паритет | -1 |
Его открытие было сделано независимо двумя исследовательскими группами: одной в Стэнфордском центре линейных ускорителей , возглавляемой Бертоном Рихтером , и другой в Брукхейвенской национальной лаборатории , возглавляемой Сэмюэлем Тингом из Массачусетского технологического института . Они обнаружили, что на самом деле обнаружили одну и ту же частицу, и оба объявили о своих открытиях 11 ноября 1974 года. Важность этого открытия 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 .
Предпосылки к открытию
Предпосылки к открытию
Дж / ψ
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 трех типов: ароматы ", вызываемые вверх , вниз и странные . Несмотря на способность кварковых моделей наводить порядок в «зоопарке элементарных частиц», их статус в то время считался чем-то вроде математической фантастики, простым артефактом более глубоких физических причин. [3]
Начиная с 1969 года, эксперименты по глубоконеупругому рассеянию в SLAC показали удивительные экспериментальные доказательства существования частиц внутри протонов. Были ли это кварки или что-то еще, сначала не было известно. Чтобы полностью определить свойства субпротонных компонентов, потребовалось множество экспериментов. В первом приближении это действительно были уже описанные кварки.
На теоретическом фронте калибровочные теории с нарушенной симметрией стали первыми полностью жизнеспособными претендентами на объяснение слабого взаимодействия после того, как Герардус т Хоофт в 1971 году открыл, как с ними проводить вычисления за пределами уровня дерева . Первым экспериментальным доказательством этих теорий электрослабого объединения было открытие слабого нейтрального тока в 1973 году. Калибровочные теории с кварками стали жизнеспособными претендентами на сильное взаимодействие в 1973 году, когда была определена концепция асимптотической свободы .
Однако наивная смесь электрослабой теории и кварковой модели привела к расчетам известных режимов распада, которые противоречили наблюдениям: в частности, она предсказала опосредованные Z-бозоном распады странного кварка на нижний кварк с изменением аромата , которые не наблюдались. Идея 1970 года Шелдона Глэшоу , Джона Илиопулоса и Лучано Майани , известная как механизм GIM , показала, что распады с изменением аромата были бы сильно подавлены, если бы существовал четвертый кварк, очарование , который был бы соединен со странным кварком. Эта работа к лету 1974 г. привела к теоретическим предсказаниям того, на что будет походить очаровательный + античарм-мезон. Эти прогнозы были проигнорированы. [ необходима цитата ] Работа Рихтера и Тинга была сделана по другим [ необходимо разъяснение ] причинам, в основном для исследования новых энергетических режимов. [ необходима цитата ] В группе Brookhaven Гленн Эверхарт, Терри Роудс, Мин Чен и Ульрих Беккер были первыми, кто обнаружил пик при 3,1 ГэВ на графиках темпов добычи. Это было первое признание буквы «J».
Режимы распада
Адронные моды распада
Дж / ψ
строго подавляются из-за правила OZI . Этот эффект сильно увеличивает время жизни частицы и, таким образом, дает ей очень узкую ширину распада всего лишь93,2 ± 2,1 кэВ . Из-за этого сильного подавления электромагнитные распады начинают конкурировать с адронными распадами. Вот почему
Дж / ψ
имеет значительную долю ветвления к лептонам.
Основные режимы распада [4] :
c c → 3 грамм | 64,1% ± 1,0% | |
c c → γ + 2 грамм | 8,8% ± 0,5% | |
c c → γ | ~25,4% | |
γ → адроны | 13,5% ± 0,3% | |
γ → е+ + е- | 5,94% ± 0,06% | |
γ → μ+ + μ- | 5,93% ± 0,06% |
Дж / ψ
таяние
В горячей среде КХД , когда температура поднимается намного выше температуры Хагедорна ,
Дж / ψ
ожидается, что его возбуждения растают. [5] Это один из предсказанных сигналов образования кварк-глюонной плазмы . Тяжелые-ионные эксперименты в ЦЕРН «ы протонный суперсинхротрон и в BNL » ы коллайдере релятивистских ионов изучали это явление без окончательного результата по состоянию на 2009 г. Это связано с требованием , что исчезновение
Дж / ψ
мезонов оценивается относительно базовой линии, обеспечиваемой полным образованием всех субатомных частиц, содержащих очаровательные кварки, и поскольку широко ожидается, что некоторые
Дж / ψ
производятся и / или разрушены во время КГП адронизацией . Таким образом, существует неопределенность в преобладающих условиях при начальных столкновениях.
Фактически, вместо подавления, усиленное производство
Дж / ψ
ожидается [6] в экспериментах с тяжелыми ионами на LHC, где кварк-комбинантный механизм образования должен быть доминирующим, учитывая большое количество очарованных кварков в КГП. Помимо
Дж / ψ
, очарованные B-мезоны (
B
c), предлагают подпись, которая указывает, что кварки свободно перемещаются и связываются по желанию при объединении с образованием адронов . [7] [8]
Название
Из-за почти одновременного открытия
Дж / ψ
- единственная частица, имеющая двухбуквенное имя. Рихтер назвал его «SP» в честь ускорителя SPEAR, используемого в SLAC ; однако никому из его коллег это имя не понравилось. Посоветовавшись с уроженцем Греции Лео Ресванисом, чтобы узнать, какие греческие буквы все еще доступны, и отклонив слово « йота », поскольку его имя подразумевает незначительность, Рихтер выбрал «пси» - имя, которое, как указал Герсон Голдхабер , содержит исходное имя «SP ", но в обратном порядке. [9] По совпадению, более поздние изображения искровой камеры часто напоминали форму пси. Тинг присвоил ему имя «J», которое находится на одну букву от « K », названия уже известного странного мезона; возможно , по совпадению, «J» сильно напоминает китайский иероглиф для Тинга имени (丁). J - это также первая буква имени старшей дочери Тинг, Жанна.
Большая часть научного сообщества считала несправедливым отдавать приоритет одному из двух первооткрывателей, поэтому в большинстве последующих публикаций частица упоминалась как "
Дж / ψ
".
Первое возбужденное состояние
Дж / ψ
был назван ψ ′; теперь он называется ψ (2S), что указывает на его квантовое состояние. Следующее возбужденное состояние было названо ψ ″; теперь он называется ψ (3770), что означает массу в МэВ . Другие векторные состояния чарм-античарм обозначаются аналогично ψ и квантовым состоянием (если известно) или массой. [10] Буква «J» не используется, поскольку только группа Рихтера впервые обнаружила возбужденные состояния.
Название чармониум используется для
Дж / ψ
и другие состояния, связанные с очарованием и античаром. Это аналогично позитронию , который также состоит из частицы и ее античастицы ( электрона и позитрона в случае позитрония).
Смотрите также
- Правило OZI
- Список множественных открытий
Рекомендации
- ^ Капуста, J .; Müller, B .; Рафельски, J. (9 декабря 2003 г.). [название не указано] . ISBN 9780444511102. Проверено 25 сентября 2014 г. - через Google Книги.[ требуется полная ссылка ] [ мертвая ссылка ]
- ^ «Общая премия по физике элементарных частиц» (пресс-релиз). Шведская королевская академия наук . 18 октября 1976 . Проверено 23 апреля 2012 года .
- ^ А. Пикеринг (1984). Конструирование кварков . Издательство Чикагского университета . С. 114–125. ISBN 978-0-226-66799-7.
- ^ Накамура, К .; и другие. ( Группа данных по частицам ) (2010). "J / ψ (1S)" (PDF) . Группа данных по частицам . Журнал Physics G . Лаборатория Лоуренса Беркли. 37 : 075021. дои : 10,1088 / 0954-3899 / 37 / 7A / 075021 .
- ^ Matsui, T .; Сац, Х. (1986). «Подавление J / ψ за счет образования кварк-глюонной плазмы». Физика Письма Б . 178 (4): 416–422. Bibcode : 1986PhLB..178..416M . DOI : 10.1016 / 0370-2693 (86) 91404-8 . ОСТИ 1118865 .
- ^ Thews, RL; Schroedter, M .; Рафельски, J. (2001). «Повышенное рождение J / ψ в деконфайндерной кварковой материи». Physical Review C . 63 (5): 054905. arXiv : hep-ph / 0007323 . Bibcode : 2001PhRvC..63e4905T . DOI : 10.1103 / PhysRevC.63.054905 . S2CID 11932902 .
- ^ Schroedter, M .; Thews, RL; Рафельски, Дж. (2000). « Рождение B c -мезона в ультрарелятивистских ядерных столкновениях». Physical Review C . 62 (2): 024905. arXiv : hep-ph / 0004041 . Bibcode : 2000PhRvC..62b4905S . DOI : 10.1103 / PhysRevC.62.024905 . S2CID 119008673 .
- ^ Фулчер, LP; Rafelski, J .; Тюз, Р.Л. (1999). «B c- мезоны как сигнал деконфайнмента». arXiv : hep-ph / 9905201 .
- ^ Зелински, Л. (8 августа 2006 г.). «Физический фольклор» . QuarkNet . Проверено 13 апреля 2009 года .
- ^ Роос, М; Wohl, CG; ( Группа данных по частицам ) (2004). «Схемы именования адронов» (PDF) . Проверено 13 апреля 2009 года .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
Источники
- Глэшоу, SL; Iliopoulos, J .; Майани, Л. (1970). «Слабые взаимодействия с лептон-адронной симметрией». Physical Review D . 2 (7): 1285–1292. Bibcode : 1970PhRvD ... 2.1285G . DOI : 10.1103 / PhysRevD.2.1285 .
- Обер, Дж .; и другие. (1974). «Экспериментальное наблюдение тяжелой частицы J» . Письма с физическим обзором . 33 (23): 1404–1406. Bibcode : 1974PhRvL..33.1404A . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.33.1404 .
- Augustin, J .; и другие. (1974). «Открытие узкого резонанса в е + е - аннигиляции» . Письма с физическим обзором . 33 (23): 1406–1408. Bibcode : 1974PhRvL..33.1406A . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.33.1406 .
- Бобра, М. (2005). «Журнал: J / ψ частица» . Журнал Симметрия . 2 (7): 34.
- Yao, W.-M .; и другие. ( Группа данных по частицам ) (2006). «Обзор физики элементарных частиц: схема именования адронов» (PDF) . Журнал Physics G . 33 (1): 108. arXiv : astro-ph / 0601168 . Bibcode : 2006JPhG ... 33 .... 1Y . DOI : 10.1088 / 0954-3899 / 33/1/001 .