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 рік|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 - $ϒ$ мезон, який утворений $b$ -кварком та $b$ -антикварком. Майже відразу сталося відкриття збуджених станів системи $b{\overline {b}}$ : 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» 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.
$B \pm$ -, $B 0$ -мезони містять $b$ -кварк і кварк (або антикварк) першого покоління ( $u$ - або $d$ -кварк).
$B_{s}^{0}$ -мезони містять $b$ -кварк і $s$ -кварк.
$B_{c}^{\pm }$ -мезони містять $b$ -кварк і $c$ -кварк.
Баріони, які містять $b$ -кварк і два більш легких кварка ( $\Lambda _{b}^{0}$ і т. д.).

Частинка	Кварковий склад	Маса, Mc² (МеВ)	Час життя або ширина	Спін-парність, ізоспін J^P(I)	Основні моди розпаду
$B \pm$ , $B^{0}$ , ${\overline {B}}^{0}$	$u{\overline {b}}$ , $b{\overline {u}}$ , $d{\overline {b}}$ , $b{\overline {d}}$	5279	1.6·10⁻¹² c	0^-(1/2)	D⁰+ін, D*+ін
$B \pm$ , $B^{0}$ , ${\overline {B}}^{0}$		5279	1.6·10⁻¹² c	0^-(1/2)	ν+ін, D⁺+ін, D*+ін
$ϒ$	$b{\overline {b}}$	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 $b$ або ${\overline {b}}$ 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 B_s-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 B_s-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(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. Proceedings of Twenty Beautiful Years of Bottom Physics. Фермілаб. Процитовано 24 липня 2009.

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.

[1] Индурайн Ф. . Квантовая хромодинамика. Введение в теорию кварков и глюонов. — Москва : Мир, 1986.

[2] 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.

[3] Храмов Юрій Олексійович . Физики: Биографический справочник. 2-е изд. — Москва : Наука, 1983. — С. 400. — С. 389.

[4] Намбу Йоїтіро. . Кварки. — Москва : Мир, 1984. — 225 с. — С. 129.

[5] Распад B_s-мезона на мюон-антимюонную пару(рос.)

[6] Распад b-кварка на s-кварк и мюоны(рос.)

[7] Нарушение лептонной универсальности в распаде B+→K+ll(рос.)