Кварки
С открытием семейства Υ-частиц
число кварков увеличилось до пяти.
t-кварк
t - кварк
После открытия b-кварка было установлено существование трех кварков (d, s, b) с отрицательным электрическим зарядом (в единицах е) Q = −1/3 и двух
кварков (u, c) с положительным электрическим зарядом Q = +2/3.
Появление b-кварка нарушило симметрию в семействе кварков
Q = +2/3 |
u |
c |
|
Q = −1/3 |
d |
s |
b |
|
|
|
|
Казалось вполне естественным существование шестого кварка с зарядом Q =+2/3. Уверенность в этом возросла после наблюдения τ-лептона. Симметрия в
мире кварков и лептонов служит указанием на то, что в природе существует три семейства кварков и лептонов. Начались активные попытки обнаружить t-кварк.
Недостающий кварк был назван t-кварком.
Открытие t-кварка
t-кварк был открыт в 1995 г. в столкновении пучков протонов и антипротонов (Теватрон, Фермилаб, США)
Один из кварков, входящих в состав протона, в результате сильного взаимодействия с одним из антикварков антипротона образует глюон g
— квант сильного поля, который затем порождает пару tt . По оценкам, вероятность
рождения пары tt -кварков в столкновении протона и антипротона с энергиями ≈ 1 ТэВ должна была составлять 10−9-10−10 от общего
числа наблюдаемых событий. Поэтому потребовалось несколько месяцев измерений и тщательного анализа событий, чтобы убедиться в существовании t-кварка и определить его характеристики.
Распад t-кварка
Диаграммы распада t-кварка
Основными каналами распада t-кварка и
t -антикварка должны быть распады в результате
слабого взаимодействия.
t →W + +b и t →W − +b
→ e+νe (μ+νμ ) |
|
→ e−νe (μ−νμ ) |
||||
|
||||||
|
|
|
|
→ |
u |
, d |
→u, d |
|
|
||||
Образующиеся при распаде t-кварков W+-бозоны распадаются затем на два лептона е+νе(μ+νμ ) или на
кварк-антикварковую пару ud . Таким образом, при
распаде t-кварков должны образовываться либо два лептона е+νе(μ+νμ ) и одна адронная струя,
вызванная b-кварком, либо три адронные струи вызванные b-, u- и d -кварками.
Распад t -антикварка
|
|
|
|
e−(μ−) |
|
|
|
u |
|
|
W− |
|
|
|
W− |
||
t |
|
t |
||||||
|
|
|
νe(νμ) |
|
|
d |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b |
|
b |
|||||
|
|
|
||||||
Диаграммы распада t-антикварка
При распаде t -антикварка должны
образовываться либо два лептона е−νе(μ−νμ) и одна адронная струя,
вызванная b -кварком, либо три
адронные струи, вызванные b -, u - и d-
кварками. В распадах можно измерить импульсы всех образующихся частиц за исключением нейтрино. Дополнительным критерием правильности отбора событий может быть равенство эффективной массы двух адронных струй массе W- бозона.
Пример
Один случаев распада t t-кварков
образовавшихся в реакции:
p + p →t + t
p |
p |
t →b +W + |
W + →e+ +νe |
|
→ |
|
+W − |
W − → |
|
+ d |
|
b |
|||||
t |
u |