Википедија

Вршни кварк

Вршни кварк (енгл. top quark), такође познат као т кварк (симбол: т) или кварк истине, најмасивнији је од свих уочених елементарних честица. Као и сви кваркови, горњи кварк је фермион са спином 1/2, и доживљава све четири фундаменталне интеракције: гравитацију, електромагнетизам, слабе интеракције и јаке интеракције. Он има електрични набој +2/3 е, и масу од 173,0 ± 0,4 ГеВ/ц2,[1] што је приближно иста маса као атом ренијума.[2] Античестица вршног кварка је вршни антикварк (симбол: т, који се понекад назива и антивршни кварк или једноставно antitop), који се од њега разликује само по томе што нека од његових својстава имају једнаку величину али супротан знак.

Вршни кварк
Догађај судара у коме учествује вршни кварк
КомпозицијаЕлементарна честица
СтатистикеФермионска
ГенерацијаТрећа
ИнтеракцијеЈака, слаба, електромагнетна сила, гравитација
Симболт
АнтичестицаВршни антикварк (т)
ТеоријеМакото Кобајаши и Тошихиде Маскава (1973)
ОткривенЦДФ и ДØ колаборације (1995)
Маса173,0 ± 0,4 ГеВ/ц2[1]
Распад уДубински кварк (99,8%)
страни кварк (0,17%)
доњи кварк (0,007%)
Наелектрисање+2/3 е
Боја набојаДа
Спин1/2
Врх1
Слаби изоспинЛХ: +1/2, РХ: 0
Слаби хипернабојЛХ: +1/3, РХ: +4/3

Вршни кварк првенствено делује јаком интеракцијом, али се може распадати само помоћу слабе силе. Он се распада до W бозона и било дубинског кварка (најчешће), страног кварка или, у ретким приликама, доњег кварка. Стандардни модел предвиђа да је његов средњи животни век до око 5×10−25 с.[3] Ово је око двадесетине временског оквира за снажне интеракције, и стога он не формира хадроне, што физичарима пружа јединствену прилику да проуче „голи” кварк (сви остали кваркови се хадронизују, што значи да се комбинују са другим кварковима и стварају хадроне, и могу се посматрати само као такви). Пошто је тако масиван, својства вршног кварка омогућавају предвиђање масе Хигсовог бозона под одређеним проширењима Стандардног модела (погледајте масу и спајање на Хигсовом бозону испод). Као такав, детаљно се проучава као средство за разликовање између конкурентских теорија.

Његово постојање (и постојање дубинског кварка) постулирали су 1973. године Макото Кобајаши и Тошихиде Маскава да би објаснили уочена ЦП нарушавања при каонском распаду,[4] а откривен је 1995. године ЦДФ[5] и DØ[6] експериментима у Фермилабу. Кобајаши и Маскава су добили су Нобелову награду за физику за 2008. године за предвиђање постојања вршног и дубинског кварка, који заједно чине трећу генерацију кваркова.[7]

Историја

уреди

Године 1973, Макото Кобајаши и Тошихиде Маскава су предвидели постојање треће генерације кваркова да би објаснили уочена ЦП нарушавања при каонском распаду.[4] Називе вршни и дубински је увео Хејм Харари 1975. године,[8][9] тако да одговарају именима прве генерације кваркова (горњи и доњи) одражавајући чињеницу да су ова два била „горња” и „доња” компонента слабог изоспинског дублета.[10] Врхшни кварк се у прошлости понекад називао кварк истине, али с временом је назив вршни кварк преовладао у употреби.[11]

Предлог Кобајашија и Маскаве се увелико ослањао на ГИМ механизам који су предложили Шелдон Глашоу, Џон Илиопулос и Лучијано Мајани,[12] чиме је предвиђено постојање тада још неуоченог чаробног кварка. (Други кварк друге генерације, страни кварк, већ је био откривен 1968. године). Када су у новембру 1974. године тимови у Брукхавенској националној лабораторији (BNL) и Станфордском линеарно акцелераторском центеру (SLAC) истовремено објавили откриће Ј/ψ мезона, он је убрзо био идентификован као везано стање недостајућег ц кварка са његовим антикваром. Ово откриће је омогућило да ГИМ механизам постане део Стандардног модела.[13] Са прихватањем ГИМ механизма, предвиђања Кобајашија и Маскаве такође су стекла већу кредибилност. Њихов аргумент је био додатно ојачан открићем тау лептона заслугом Мартин Луис Перловог тима на СЛАЦ-у између 1974. и 1978. године.[14] Тау је најавио трећу генерацију лептона, нарушавајући нову симетрију лептона и кваркова уведену ГИМ механизмом. Обнављање симетрије подразумевало је постојање петог и шестог кварка.

Заправо није прошло дуго док пети, дубински кварк, није открио тим Е288 експеримента, под водством Леона Ледермана у Фермилабу 1977. године.[15][16][17] То је снажно сугерисало да мора постојати и шести, вршни кварк, чиме се комплетира пар. Било је познато да је овај кварк тежи од дубинског, те да је потребно више енергије у сударима честица, али опште очекивање је било да ће шести кварк ускоро бити пронађен. Међутим, требало је још 18 година да се потврди постојање вршног кварка.[18]

Ране потраге за вршним кварком у лабораторијама SLAC и DESY (у Хамбургу) нису биле успешне. Када је почетком осамдесетих година Супер протонски синхротрон (SPS) у ЦЕРН-у открио W и З бозоне, поново се осетило да је откриће вршног кварка неминовно. Мада је СПС добио конкуренцију од Теватрона у Фермилабу, још увек није било трага од недостајуће честице. Група из ЦЕРН-а је објавила да маса вршног кварка мора бити најмање 41 ГеВ/ц2. Након трке између ЦЕРН-а и Фермилаба за откривање вршног кварка, акцелератор у ЦЕРН-у је досегао своја ограничења без стварања иједног вршног кварка, потиснувши доњу границу масе овог кварка до 77 ГеВ/ц2.[18]

Теватрон је био (до почетка рада ЛХЦ-а у ЦЕРН-у 2009. године) једини хадронски сударач довољно моћан да производи вршне кваркове. Да би могло да се потврди будуће откриће, комплексу је додат други детектор, ДØ детектор (поред већ постојећег детектора сударача у Фермилабу (CDF)). У октобру 1992. године две групе су нашле свој први наговештај постојања вршног кварка, са једним догађајем формирања који је изгледало да садржи тај кварк. У наредним годинама прикупљено је више доказа и дана 22. априла 1994. године, група ЦДФ објавила је свој рад презентујући прелиминарне доказе о постојању вршног кварка масе око 175 ГеВ/ц2. У међувремену, DØ није пронашао додатну евиденцију. Годину дана касније, дана 2. марта 1995, након што је прикупљена додатна евиденција и поново анализирани DØ подаци (који су произашли из потраге за много лакшим вршним кварком), две групе су заједно објавиле откриће вршног кварка масе 176±18 ГеВ/ц2.[5][6][18]

У годинама које су претходиле открићу вршног кварка, установљено је да су одређена прецизна мерења маса и спрега електрослабог векторског бозона врло сензитивна на вредност масе вршног кварка. Ови ефекти постају много већи за веће вредности вршне масе и зато се може индиректно видети вршни кварк, мада није било могуће да се он директно открије експериментима у то време. Највећи ефекат масе вршног кварка био је на параметру Т и до 1994. тачност тих индиректних мерења довела је до предвиђања да ће маса вршног кварка бити између 145 ГеВ/ц2 и 185 ГеВ/ц2.[19] Развој техника које су ултиматно омогућиле такве прецизне прорачуне довеле су до тога да су Герард 'т Хофт и Мартинус Велтман освојили Нобелову награду за физику 1999. године.[20][21]

Референце

уреди
  1. ^ а б M. Танабасхи ет ал. (Партицле Дата Гроуп) (2018). „Ревиеw оф Партицле Пхyсицс”. Пхyсицал Ревиеw D. 98 (3): 030001. дои:10.1103/ПхyсРевД.98.030001. 
  2. ^ Елерт, Гленн. „Qуантум Цхромодyнамицс”. Тхе Пхyсицс Хyпертеxтбоок. Приступљено 23. 3. 2019. 
  3. ^ А. Qуадт (2006). „Топ qуарк пхyсицс ат хадрон цоллидерс”. Еуропеан Пхyсицал Јоурнал C. 48 (3): 835—1000. Бибцоде:2006ЕПЈЦ...48..835Q. дои:10.1140/епјц/с2006-02631-6. 
  4. ^ а б M. Кобаyасхи; Т. Маскаwа (1973). „ЦП-Виолатион ин тхе Ренормализабле Тхеорy оф Wеак Интерацтион”. Прогресс оф Тхеоретицал Пхyсицс. 49 (2): 652. Бибцоде:1973ПТхПх..49..652К. дои:10.1143/ПТП.49.652. 
  5. ^ а б Ф. Абе ет ал. (ЦДФ Цоллаборатион) (1995). „Обсерватион оф Топ Qуарк Продуцтион ин пп Цоллисионс wитх тхе Цоллидер Детецтор ат Фермилаб”. Пхyсицал Ревиеw Леттерс. 74 (14): 2626—2631. Бибцоде:1995ПхРвЛ..74.2626А. ПМИД 10057978. арXив:хеп-еx/9503002  . дои:10.1103/ПхyсРевЛетт.74.2626. 
  6. ^ а б С. Абацхи ет ал. (ДØ Цоллаборатион) (1995). „Сеарцх фор Хигх Масс Топ Qуарк Продуцтион ин пп Цоллисионс ат √с = 1.8 ТеВ”. Пхyсицал Ревиеw Леттерс. 74 (13): 2422—2426. Бибцоде:1995ПхРвЛ..74.2422А. ПМИД 10057924. арXив:хеп-еx/9411001  . дои:10.1103/ПхyсРевЛетт.74.2422. 
  7. ^ „2008 Нобел Призе ин Пхyсицс”. Тхе Нобел Фоундатион. 2008. Приступљено 11. 9. 2009. 
  8. ^ Х. Харари (1975). „А неw qуарк модел фор хадронс”. Пхyсицс Леттерс Б. 57 (3): 265. Бибцоде:1975ПхЛБ...57..265Х. дои:10.1016/0370-2693(75)90072-6. 
  9. ^ К.W. Сталеy (2004). Тхе Евиденце фор тхе Топ Qуарк. Цамбридге Университy Пресс. стр. 31—33. ИСБН 978-0-521-82710-2. 
  10. ^ D.Х. Перкинс (2000). Интродуцтион то хигх енергy пхyсицс. Цамбридге Университy Пресс. стр. 8. ИСБН 978-0-521-62196-0. 
  11. ^ Ф. Цлосе (2006). Тхе Неw Цосмиц Онион. ЦРЦ Пресс. стр. 133. ИСБН 978-1-58488-798-0. 
  12. ^ С.L. Гласхоw; Ј. Илиопоулоус; L. Маиани (1970). „Wеак Интерацтионс wитх Лептон–Хадрон Сyмметрy”. Пхyсицал Ревиеw D. 2 (7): 1285—1292. Бибцоде:1970ПхРвД...2.1285Г. дои:10.1103/ПхyсРевД.2.1285. 
  13. ^ А. Пицкеринг (1999). Цонструцтинг Qуаркс: А Социологицал Хисторy оф Партицле Пхyсицс. Университy оф Цхицаго Пресс. стр. 253–254. ИСБН 978-0-226-66799-7. 
  14. ^ M.L. Перл; et al. (1975). „Evidence for Anomalous Lepton Production in e+e− Annihilation”. Physical Review Letters. 35 (22): 1489. Bibcode:1975PhRvL..35.1489P. doi:10.1103/PhysRevLett.35.1489. 
  15. ^ „Discoveries at Fermilab – Discovery of the Bottom Quark” (Саопштење). Fermilab. 7. 8. 1977. Приступљено 24. 7. 2009. 
  16. ^ L.M. Lederman (2005). „Logbook: Bottom Quark”. Symmetry Magazine. 2 (8). Архивирано из оригинала 4. 10. 2006. г. 
  17. ^ S.W. Herb; et al. (1977). „Обсерватион оф а Димуон Ресонанце ат 9.5 ГеВ ин 400-ГеВ Протон-Нуцлеус Цоллисионс”. Пхyсицал Ревиеw Леттерс. 39 (5): 252. Бибцоде:1977ПхРвЛ..39..252Х. дои:10.1103/ПхyсРевЛетт.39.252. 
  18. ^ а б в Т.M. Лисс; П.L. Типтон (1997). „Тхе Дисцоверy оф тхе Топ Qуарк” (ПДФ). Сциентифиц Америцан. 277 (3): 54—59. дои:10.1038/сциентифицамерицан0997-54. 
  19. ^ Тхе Дисцоверy оф тхе Топ Qуарк Архивирано на сајту Wayback Machine (8. децембар 2015), Тонy M. Лисс анд Паул L. Типтон
  20. ^ „Тхе Нобел Призе ин Пхyсицс 1999”. Тхе Нобел Фоундатион. Приступљено 10. 9. 2009. 
  21. ^ „Тхе Нобел Призе ин Пхyсицс 1999, Пресс Релеасе” (Саопштење). Тхе Нобел Фоундатион. 12. 10. 1999. Приступљено 10. 9. 2009. 

Литература

уреди

Спољашње везе

уреди
 
Вршни кварк на Викимедијиној остави.
Преузето из „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Vršni_kvark&oldid=27679880”