J/psi mezon - J/psi meson

J/psi
Složení
C

C
Statistika Bosonický
Rodina Mesons
Interakce Silný , slabý , elektromagnetický , gravitační
Symbol
J/ψ
Antičástice Já
Objevil SLAC : Burton Richter a kol. (1974)
BNL : Samuel Ting a kol. (1974)
Typy 1
Hmotnost 5,5208 x 10 -27  kg
3,096 916  GeV/ c 2
Rozpadá se na 3
G
 nebo
γ
+2
G
 nebo
γ
Elektrický náboj 0  e
Roztočit 1
Isospin 0
Hypernabíjení 0
Parita -1
C parita -1

The
J/ψ
( J / psi ) meson / dʒ eɪ s aɪ m jsem z ɒ n / nebo Psion je subatomární částice , je chuť -neutral mezon skládá z kvark c a kouzlo antiquark . Mezony tvořené vázaným stavem kouzelného kvarku a kouzelného anti-kvarku jsou obecně známé jako " charmonium ". The
J/ψ
je nejběžnější formou charmonia, kvůli jeho rotaci 1 a nízké klidové hmotnosti . The
J/ψ
 má klidovou hmotnost 3,0969  GeV/ c 2 , těsně nad tím
η
C (2,9836  GeV / c 2 ), a střední doba života z7,2 × 10 −21  s . Tato životnost byla asi tisíckrát delší, než se očekávalo.

Jeho objev byl proveden nezávisle dvěma výzkumnými skupinami, jednou ve Stanfordském lineárním akceleračním centru , v jejímž čele stál Burton Richter , a druhým v Brookhaven National Laboratory , v jehož čele stál Samuel Ting z MIT . Zjistili, že ve skutečnosti našli stejnou částici, a oba oznámili své objevy 11. listopadu 1974. Důležitost tohoto objevu je zdůrazněna skutečností, že následné rychlé změny fyziky vysokých energií v té době se souhrnně staly známými jako „ Listopadová revoluce “. Richter a Ting získali Nobelovu cenu za fyziku v roce 1976 .

Pozadí objevu

Pozadí objevu
J/ψ
bylo teoretické i experimentální. V šedesátých letech byly navrženy první kvarkové modely fyziky elementárních částic , které říkaly, že protony , neutrony a všechny ostatní baryony a také všechny mezony jsou vyrobeny z částic s částečným nábojem, „kvarků“, které se dodávají ve třech typech nebo „příchutě“, vyvolávané nahoru , dolů a zvláštní . Navzdory schopnosti kvarkových modelů vnést do „zoologické zahrady elementárních částic“ pořádek, byly v té době považovány za něco jako matematickou fikci, prostý artefakt hlubších fyzikálních důvodů.

Počínaje rokem 1969 odhalily experimenty hlubokého neelastického rozptylu v SLAC překvapivé experimentální důkazy pro částice uvnitř protonů. Zda se jednalo o kvarky nebo něco jiného, ​​se zpočátku nevědělo. K úplné identifikaci vlastností subprotonických složek bylo zapotřebí mnoha experimentů. Pro první přiblížení to byly skutečně shody s dříve popsanými kvarky.

Teoreticky se rozchodové teorie s porušenou symetrií staly prvními plně životaschopnými uchazeči o vysvětlení slabé interakce poté, co Gerardus 't Hooft v roce 1971 zjistil, jak s nimi počítat mimo úroveň stromu . Prvním experimentálním důkazem těchto elektroslabých teorií sjednocení byl objev slabého neutrálního proudu v roce 1973. Gaugeové teorie s kvarky se staly životaschopným uchazečem o silnou interakci v roce 1973, kdy byl identifikován koncept asymptotické svobody .

Naivní směs elektroslabé teorie a modelu kvarku však vedla k výpočtům o známých režimech rozpadu, které byly v rozporu s pozorováním: Zejména předpovídalo rozpady podivného kvarku zprostředkované Z bosony zprostředkované přeměnou na kvark dolů, které nebyly pozorovány. Myšlenka Sheldona Glashow , Johna Iliopoulose a Luciana Maianiho z roku 1970 , známá jako mechanismus GIM , ukázala, že rozpady měnící chuť by byly silně potlačeny, pokud by existoval čtvrtý kvark (nyní nazývaný kouzelný kvark ), který by byl doplňkovým protějškem kvark s . V létě 1974 vedla tato práce k teoretickým předpovědím, jaké bude mezon kouzlo + anticharm.

Předpovědi byly ignorovány. Richterova a Tingova práce byla prováděna převážně za účelem prozkoumání nových energetických režimů, nikoli za účelem testování teoretických předpovědí.

Skupina v Brookhavenu byla první, kdo rozeznal vrchol na 3,1 GeV v grafech produkčních rychlostí, nejprve rozpoznal 𝜓  mezon -že Ting pojmenoval mezon „J“ (po sobě-jeho příjmení psané v čínštině je丁).

Režimy rozpadu

Hadronické režimy rozpadu
J/ψ
jsou silně potlačeny kvůli pravidlu OZI . Tento efekt výrazně zvyšuje životnost částice, a tím mu dává jeho velmi úzkou šířku rozpadu ve jen93,2 ± 2,1 keV . Kvůli tomuto silnému potlačení začínají elektromagnetické rozpady konkurovat hadronovým rozpadům. Proto
J/ψ
má významnou větvící frakci na leptony.

Primární režimy rozpadu jsou:


C

C
 → 3
G
 		      64,1% ± 1,0%

C

C
 →
γ
 + 2
G
 		      8,8% ± 0,5%

C

C
 →
γ
 		      ~25,4%

γ
 → hadrony		       13,5% ± 0,3%

γ
 →
E+
 +
E-
 		      5,94% ± 0,06%

γ
 →
μ+
 +
μ-
 		      5,93% ± 0,06%


J/ψ
 tání

Když je v horkém médiu QCD teplota zvýšena výrazně nad teplotu Hagedornu ,
J/ψ
a očekává se, že jeho vzrušení roztaje. To je jeden z předpovídaných signálů vzniku kvark -gluonové plazmy . Těžké iontové experimenty v CERN je Super Proton Synchrotron a v BNL je Relativistic těžký iont Collider studovali tento jev bez průkazným výsledku od roku 2009. To je vzhledem k požadavku, že zánik
J/ψ
 mesony se hodnotí s ohledem na základní linii poskytovanou celkovou produkcí všech subatomárních částic obsahujících kouzelný kvark a protože se obecně očekává, že některé
J/ψ
jsou vyráběny a/nebo zničeny v době hadronizace QGP . Při počátečních kolizích tedy panuje nejistota v převládajících podmínkách.

Ve skutečnosti místo potlačení došlo k posílení produkce
J/ψ
se očekává v experimentech s těžkými ionty na LHC, kde by měl být dominantní mechanismus produkce kvark-kombinantu vzhledem k velkému množství kouzelných kvarků v QGP. Kromě
J/ψ
, očarované B mezony (
B
C), nabídnout podpis, který naznačuje, že se kvarky při kombinování za vzniku hadronů volně pohybují a váží libovolně .

Název

Kvůli téměř simultánnímu objevu
J/ψ
je jediná částice, která má dvoupísmenný název. Richter jej pojmenoval „SP“ podle akcelerátoru SPEAR používaného v SLAC ; toto jméno se však nelíbilo žádnému z jeho spolupracovníků. Po konzultaci s řeckým rodákem Leo Resvanisem, aby zjistil, která řecká písmena jsou stále k dispozici, a odmítl „ iota “, protože jeho název implikuje bezvýznamnost, Richter zvolil „psi“ -název , který, jak zdůraznil Gerson Goldhaber , obsahuje původní název „SP “, ale v opačném pořadí. Shodou okolností později obrázky jiskřivé komory často připomínaly tvar psi. Ting mu přidělil jméno „J“, což je jedno písmeno od „ K “, jméno již známého podivného mezonu; dalším důvodem je, že „j“ je symbolem elektromagnetického proudu. Shodou okolností „J“ silně připomíná čínský znak pro Tingovo jméno (丁). J je také první písmeno jména Tingovy nejstarší dcery, Jeanne.

Velká část vědecké komunity považovala za nespravedlivé dát přednost jednomu ze dvou objevitelů, takže většina následných publikací označovala částici jako „
J/ψ
“.

První vzrušený stav
J/ψ
byl nazýván ψ ′; nyní se nazývá ψ (2S), což naznačuje jeho kvantový stav. Další vzrušený stav se nazýval ψ ″; nyní se nazývá ψ (3770), což naznačuje hmotnost v MeV . Ostatní vektorové kouzlo-anticharmové stavy jsou označeny podobně s ψ a kvantovým stavem (pokud je znám) nebo hmotou. „J“ se nepoužívá, protože Richterova skupina sama nejprve našla vzrušené stavy.

Název charmonium se používá pro
J/ψ
a další stavy vázané kouzlem a anticharmem. To je analogie s pozitroniem , které také sestává z částice a její antičástice ( elektron a pozitron v případě pozitronia).

Viz také

Poznámky pod čarou

Reference

Prameny