t-кварк (сокращение от топ-кварк[4], англ. top quark) или истинный кварк (англ. truth quark[5]) — кварк с зарядом +(2/3)e, принадлежащий к третьему поколению.
| t-кварк (истинный кварк, топ-кварк) (t) | |
|---|---|
 | |
| Состав | фундаментальная частица |
| Семья | Фермион |
| Группа | Кварк |
| Поколение | Третье |
| Участвует во взаимодействиях |
сильное, слабое, электромагнитное, гравитационное |
| 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 |
| Обнаружена | коллаборации CDF и D0, 1994 |
| Квантовые числа | |
| Электрический заряд | +2/3 e |
| Цветовой заряд | r, g, b |
| Спин | ½ ħ |
Свойства
правитьИмея 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[6]. Время жизни t-кварка составляет около 5×10−25 секунды[7], 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)[8]; 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 t → γu, t → γc не обнаружен, экспериментальная вероятность таких реакций менее 0,6 %). Аналогичные слабые реакции с вылетом вместо фотона Z-бозона (t → Z0u, t → Z0c) предсказаны, но достоверно пока не наблюдались (вероятность менее 14 %). Распад t-кварка за счёт сильного взаимодействия запрещён, поскольку сильные взаимодействия (обмен глюоном) могут изменять цвет кварка, но не меняют его аромат.
Истинный 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 t-кварка, однако точность измерений mt (около 0,37 % на 2017 год) пока не позволяет решить вопрос о стабильности вакуума[2].
История открытия
правитьПоиски t-кварка продолжались около 20 лет[2]. Он был открыт в 1994—1995 годах в экспериментах на коллайдере Тэватрон в американской лаборатории Фермилаб коллаборациями CDF[9] и D0[10]. 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[11].
Примечания
править- ↑ A REVIEW GOES HERE – Check our WWW List of Reviews t-Quark Mass (Direct Measurements). Дата обращения: 27 февраля 2018. Архивировано 28 марта 2018 года.
- ↑ 1 2 3 4 Боос Э. Э., Брандт О., Денисов Д., Денисов С. П., Граннис П. Top-кварк (к 20-летию открытия) // Успехи физических наук. — Российская академия наук, 2015. — Т. 185. — С. 1241—1269. — doi:10.3367/UFNr.0185.201512a.1241. Архивировано 20 декабря 2016 года.
- ↑ 1 2 [https://web.archive.org/web/20161201063552/http://pdg.lbl.gov/2016/listings/rpp2016-list-t-quark.pdf Архивная копия от 1 декабря 2016 на Wayback Machine Архивная копия от 1 декабря 2016 на Wayback Machine Сводная таблица свойств t-кварка на сайте Particle Data Group (2016).] Архивная копия от 1 декабря 2016 на Wayback Machine (англ.)
- ↑ FAQ: Топ-кварк 7 фактов о наиболее массивной частице Стандартной модели. Дата обращения: 8 мая 2014. Архивировано 8 мая 2014 года.
- ↑ Harry Potter and the Methods of Rationality, Chapter 8: Positive Bias.....Line 11. www.hpmor.com. Дата обращения: 2 октября 2019. Архивировано 13 октября 2019 года.
- ↑ Elert, Glenn Quantum Chromodynamics. The Physics Hypertextbook. Дата обращения: 23 марта 2019. Архивировано 23 марта 2019 года.
- ↑ Quadt A. Top quark physics at hadron colliders (англ.) // European Physical Journal C[англ.] : journal. — 2006. — Vol. 48, no. 3. — P. 835—1000. — doi:10.1140/epjc/s2006-02631-6. — . Архивировано 16 октября 2019 года.
- ↑ Tevatron Electroweak Working Group, Top Subgroup. Дата обращения: 27 мая 2009. Архивировано 26 августа 2009 года.
- ↑ Abe F. et al. Observation of Top Quark Production in ppbar Collisions with the Collider Detector at Fermilab (англ.) // Physical Review Letters : journal. — 1995. — Vol. 74, no. 14. — P. 2626—2631. — doi:10.1103/PhysRevLett.74.2626. — . — PMID 10057978.
- ↑ Abachi S. et al. Search for High Mass Top Quark Production in ppbar Collisions at s½ = 1.8 TeV (англ.) // Physical Review Letters : journal. — 1995. — Vol. 74, no. 13. — P. 2422—2426. — doi:10.1103/PhysRevLett.74.2422. — .
- ↑ Жарче Солнца. Конфайнмент и реальность кварков. Лента.Ру (28 июня 2012). Дата обращения: 26 января 2014. Архивировано 4 января 2014 года.
Литература
править- Боос Э. Э., Брандт О., Денисов Д., Денисов С. П., Граннис П. Top-кварк (к 20-летию открытия) // Успехи физических наук. — Российская академия наук, 2015. — Т. 185. — С. 1241—1269. — doi:10.3367/UFNr.0185.201512a.1241.
- Andrea Giammanco. Single top quark production at the LHC (англ.) // Reviews in Physics. — 2016. — Vol. 1. — P. 1—12. — doi:10.1016/j.revip.2015.12.001.
- Giorgio Cortiana. Top-quark mass measurements: Review and perspectives (англ.) // Reviews in Physics. — 2016. — Vol. 1. — P. 60—76. — doi:10.1016/j.revip.2016.04.001.