Apatinis (grožio) kvarkas — savybės, krūvis ir vaidmuo dalelių fizikoje

Apatinis (grožio) kvarkas: savybės, -1/3 krūvis, vaidmuo dalelių fizikoje, reikšmė B mezonams ir skilimas į žaviuosius bei aukštyn kvarkus dėl silpnosios jėgos.

Apatiniai kvarkai arba grožio kvarkai yra antros pagal masę elementariosios dalelės (dalelės, kurios yra tokios mažos, kad jų nebegalima padalyti). Visi kvarkai yra elementariosios dalelės. Apatiniai kvarkai turi -1/3 krūvį, panašiai kaip ir žemieji kvarkai. Nors apatiniai kvarkai nėra labai paplitę, jų, be kita ko, randama tokiose dalelėse kaip B mezonai. Visi apatiniai kvarkai dėl silpnosios jėgos poveikio maždaug per 10 ^–12suyra į žaviuosius kvarkus arba aukštyn kylančius kvarkus.

Savybės (trumpai)

• Simbolis ir pavadinimas: dažniausiai žymimas kaip b, angl. „bottom“ arba „beauty“ (liet. apatinis / grožio kvarkas).
• Krūvis: −1/3 elementarinio krūvio (krūvį), kaip ir žemieji kvarkai.
• Spin: fermionas su puse vieneto spinu (s = 1/2).
• Masė: tai sunkesnis iš lengvųjų kvarkų poros — apytiksliai apie 4,2–4,8 GeV/c² priklausomai nuo masės apibrėžimo (MS̄ vs. pole masė).
• Stiprioji sąveika ir spalvinė krūvis: apatinis kvarkas turi „spalvą“ ir dalyvauja kvantinės chromodinamikos (QCD) procesuose; laisvai jo stebėti negalima dėl konfinamento — jis egzistuoja tik hadronuose.
• Gyvavimo laikas: b–kvarkas, įtrauktas į hadroną, suyra silpnąja sąveika per maždaug 10⁻¹² s (B hadronų tipinės trukmės ~1–2 ps).

Kur randami apatiniai kvarkai ir jų hadronai

Apatiniai kvarkai neatskirti egzistuoti laisvai, jie sudaro hadronus:

• B mezonai: pavyzdžiui, B⁰ (b̄d), B⁺ (b̄u), B_s⁰ (b̄s) ir B_c (b̄c) — tai pagrindinės eksperimentiškai nagrinėjamos būsenos.
• B baryonai: tokie kaip Λ_b, Σ_b ir kt., kur b kvarkas susijungia su dviem lengvais kvarkais.
• Bottomonium (apatinio kvarko–antikvarko sistemai): b b̄ būsenos, žinomos kaip įsipareigojimai (pvz., ϒ — Upsilon serija), kurias stebėta jau nuo 1977 m.

Vaidmuo dalelių fizikoje ir eksperimentuose

• Silpnosios sąveikos tyrimai: b kvarko skilimai (pvz., b → cW⁻ arba b → uW⁻) yra jautrūs CKM matricos elementams ir leidžia tirti kvarkų maišymą bei CP simetrijos pažeidimus. (Originaliame tekste pabrėžta, kad apatiniai kvarkai suyra į žaviuosius kvarkus arba aukštyn kylančius kvarkus.)
• CP pažeidimas ir materijos–antimatter disbalansas: B mezonų sistema buvo esminė vieta, kurioje atrasta ir tirta CP simetrijos pažeidimo eiga, kas turi ryšį su Visatos materijos dominavimu.
• Visuotiniai standartinio modelio testai ir naujos fizikos paieška: tikslios b hadronų skilimų dalies tikrinimas leidžia aptikti skirtumus nuo Standartinio modelio prognozių, kurie galėtų rodyti naują fiziką.
• Eksperimentinė technika — „b‑tagging“: dėl santykinai ilgo B hadronų gyvavimo laiko jų skilimo produktai atsiskiria nuo pirminės sąveikos taško — tai leidžia detektoriams identifikuoti b kvarkus per atskirtus (displaced) viršūnių signalus.
• Žvaigždžių ir kosminių procesų poveikis: tiesioginis b kvarko poveikis astrofizikoje nėra reikšmingas, jis priklauso nuo aukštos energijos procesų eksperimentuose ir kolizonuose.

Trumpa istorija ir eksperimentinė pusė

Apatinio (b) kvarko egzistavimas buvo netiesiogiai patvirtintas 1977 m., kai Fermilabo tyrėjų grupė aptiko Upsilon (ϒ) rezonansą — tai bottomonium būsenos signalas. Nuo to laiko b kvarkas tapo vienu iš pagrindinių objektų B fizikoje. Specializuoti eksperimentai, tokie kaip BaBar, Belle ir LHCb, kartu su didžiųjų hadronų kolizoriaus (LHC) programomis, smulkiai tyrinėjo B mezonų skilimus, CP pažeidimus ir ieško anomalijų.

Pabaigai — kodėl apatiniai kvarkai svarbūs?

Apatiniai kvarkai yra svarbūs, nes jų skilimai ir sugeneruoti hadronai suteikia jautrią laboratoriją tyrinėti silpnąją sąveiką, kvarkų maišymą, CP simetrijos pažeidimus ir galimus nukrypimus nuo Standartinio modelio. Be to, b hadronų eksperimentinė atpažinimo technika yra esminė daugelyje aukštos energijos fizikų analizėse, todėl apatinis kvarkas yra neatskiriama modernios dalelių fizikos dalis.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra apatiniai kvarkai?

K: Koks yra apatinių kvarkų krūvis?

K: Kokiose dalelėse dažniausiai aptinkami apatiniai kvarkai?

K: Ar apatiniai kvarkai yra paplitę?

K: Koks yra apatinių kvarkų skilimo laikas?

K: Kokios rūšies dalelės yra visi kvarkai?

K: Kokia yra sunkiausia iš visų elementariųjų dalelių?

Paieška pagal raidę