t-кварк

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Пример случая возникновения и распада кварк-антикварковой пары t+t
t-кварк (истинный кварк, топ-кварк) (t)
Состав фундаментальная частица
Семья Фермион
Группа Кварк
Поколение Третье
Участвует во взаимодействиях сильное,
слабое,
электромагнитное,
гравитационное
Обнаружена коллаборации CDF и D0, 1994
Кол-во типов 3
Масса 173,1 ± 0,6 ГэВ/c2[1]
Время жизни ~5⋅10−25 с[2]
Ширина распада 1,41+0,19
−0,15
ГэВ[3]
Каналы распада W+b
Квантовые числа
Электрический заряд +2/3 e
Цветной заряд r, g, b
Спин ½ ħ

t-кварк (сокращение от топ-кварк[4], англ. top quark) или истинный кварк (англ. truth quark) — кварк с зарядом +(2/3)e, принадлежащий к третьему поколению.

Свойства[править | править код]

Имея массу 173,2 ± 0,7 ГэВ/c²[3], t-кварк является наиболее массивным среди всех частиц Стандартной Модели; его масса близка к массе ядра рения. Время жизни t-кварка составляет около 5×10−25 секунды, на порядок меньше временно́й шкалы сильного взаимодействия (≈3×10−24 секунды). Ввиду короткого времени жизни он не успевает после возникновения адронизоваться (стать частью адрона) и ведёт себя как «голый» кварк; таким образом, не существует адронов, содержащих валентный t-кварк (виртуальные t-кварки, строго говоря, присутствуют в любом адроне).

Распадается почти всегда на b-кварк и W-бозон (слабый распад)[5]; около 9 % распадов происходят с излучением лёгкого заряженного лептона (электрона или мюона) и соответствующего нейтрино. Распад с вылетом тяжёлого τ-лептона пока не наблюдался с достаточно значимой статистикой. Электромагнитные каналы распада подавлены (радиационный распад в более лёгкие u- или c-кварк по реакциям tγu, t→γc не обнаружен, экспериментальная вероятность таких реакций менее 0,6 %). Аналогичные слабые реакции с вылетом вместо фотона Z-бозона (tZ0u, tZ0c) предсказаны, но достоверно пока не наблюдались (вероятность менее 14 %). Распад t-кварка за счёт сильного взаимодействия запрещён.

Топ-кварк ввиду большой массы и близкой к единице константе связи Юкавы для этой частицы ( где v = 246 ГэВ — вакуумное среднее поля Хиггса) сильно влияет на ряд наблюдаемых величин, обусловленных электрослабым взаимодействием, вследствие участия t-кварка в квантовых петлевых поправках Стандартной Модели. В частности, пока неизвестно, стабилен ли вакуум Стандартной Модели или возможен его спонтанный распад из-за того, что «бегущая» (зависящая от энергии) константа самодействия поля Хиггса λH при высоких энергиях становится меньше её значения при нулевой энергии. λH существенно зависит (через вклад в вакуумные петлевые поправки) от массы топ-кварка, однако точность измерений mt (около 0,37 % на 2017 год) пока не позволяет решить вопрос о стабильности вакуума[2].

История открытия[править | править код]

Поиски топ-кварка продолжались около 20 лет[2]. Он был открыт в 19941995 годах в экспериментах на коллайдере Тэватрон в американской лаборатории Фермилаб коллаборациями CDF[6] и D0[7]. Бо́льшая часть экспериментальных данных была накоплена в течение 1994 года. Статьи, заявляющие об открытии, были направлены в журнал Physical Review Letters коллаборациями CDF и D0 26 февраля 1995 года. Содержание статей не разглашалось до момента официального объявления об открытии, которое состоялось на семинаре в Фермилабе 2 марта 1995 года, одновременно с публикацией обеих работ[2].

До запуска Большого адронного коллайдера Тэватрон был единственным в мире экспериментальным комплексом, где могла родиться пара t-кварков. Энергия сталкивающейся протон-антипротонной пары в системе центра масс на этом ускорителе равна 1,96 ТэВ. При такой энергии пары t-кварк+t-антикварк рождаются с сечением около 7 пикобарн, что совпадает с предсказанием Стандартной Модели (6,7—7,5 пикобарн для массы t-кварка 175 ГэВ/c²).

Открытие t-кварка, многие свойства которого были предсказаны Стандартной Моделью, окончательно подтвердило реальность кварков[8].

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. A REVIEW GOES HERE – Check our WWW List of Reviews t-Quark Mass (Direct Measurements)
  2. 1 2 3 4 Боос Э. Э., Брандт О., Денисов Д., Денисов С. П., Граннис П. Top-кварк (к 20-летию открытия) // УФН. — 2015. — Т. 185. — С. 1241—1269. — DOI:10.3367/UFNr.0185.201512a.1241.
  3. 1 2 Сводная таблица свойств t-кварка на сайте Particle Data Group (2016). (англ.)
  4. FAQ: Топ-кварк 7 фактов о наиболее массивной частице Стандартной модели
  5. Tevatron Electroweak Working Group, Top Subgroup
  6. F. Abe; et al. (1995). “Observation of Top Quark Production in ppbar Collisions with the Collider Detector at Fermilab”. Physical Review Letters. 74 (14): 2626—2631. Bibcode:1995PhRvL..74.2626A. DOI:10.1103/PhysRevLett.74.2626. PMID 10057978.
  7. S. Abachi; et al. (1995). “Search for High Mass Top Quark Production in ppbar Collisions at s½ = 1.8 TeV”. Physical Review Letters. 74 (13): 2422—2426. Bibcode:1995PhRvL..74.2422A. DOI:10.1103/PhysRevLett.74.2422.
  8. Жарче Солнца. Конфайнмент и реальность кварков. Лента.Ру (28 июня 2012). Дата обращения 26 января 2014. Архивировано 4 января 2014 года.

Литература[править | править код]

Ссылки[править | править код]