Apakšējie kvarki (skaistuma kvarki): definīcija, lādiņš un sabrukums

Uzzini par apakšējiem (skaistuma) kvarkiem: definīcija, lādiņš -1/3, sabrukuma ceļi un loma B mezonos. Vienkārši saprotami, zinātniski precīzi.

Apakšējie kvarki jeb skaistuma kvarki (angliski "bottom" vai "beauty" quark, simbols b) ir viens no sešiem kvarku tipi‑ļēm — elementārdaļiņu sastāvdaļām, kas piedalās spēcīgajās mijiedarbībās. Tie ir otrās masīvākās elementārdaļiņas pēc masas, salīdzināmi ar citiem smagajiem kvarkiem, un parasti parādās tikai augstas enerģijas procesos vai kā daļa no kompozīta daļiņām.

Elektriskais lādiņš un simbolika

Apakškvarka lādiņš ir -1/3 elementārā lādiņa, līdzīgi kā kvarkiem uz leju. Tās antipartikls — anti‑b (b̄) — nēsā pretēju lādiņu +1/3. Kvarki arī nēsā krāsu lādiņu (QCD krāsu lādiņi), tāpēc viņi piedalās stiprajā mijiedarbībā un nekad neparādās izolēti, bet vienmēr sasaistīti hadronos.

Masa un īpašības

Apakškvarka efektīvā masa var tikt norādīta dažādos definējumos: poļu (pole) masa ir aptuveni 4.7–4.9 GeV/c², bet MS̄ skripts masa (biežāk lietotā teorētiskā definīcija) ir ap ~4.18 GeV/c². Tā kā kvarki ir iekšēji krāsu lādiņoti, tie hasteļas hadronizācijas procesā un veido tādus stāvokļus kā B mezoni (piem., B⁰, B⁺, B_s) un bottom barjonus (piem., Λ_b).

Sabrukums (decay)

Apakškvarki sabrūk galvenokārt caur vājā spēka mijiedarbību. Parasti b → c W⁻ (sabrukums uz šarmu kvarkiem) vai retāk b → u W⁻ (uz augšējiem kvarkiem), kur W⁻ bozonam tālāk var rasties leptoni vai kvarku pāri. Sabrukuma ātrumu kontrolē arī CKM matricas elementi (piem., V_cb, V_ub), tāpēc b kvarka transformācijas un retie kanāli ir svarīgi Standarta modeļa testiem un jaunas fizikas meklējumiem.

Jo bieži minētā laika mērogs: b kvarka faktiskais mūžs kā brīvai daļiņai nav nozīmīgs, jo kvarki nav brīvi, bet b valences kvarku saturošiem hadroniem raksturīga dzīves ilguma kārtība ir ~10^–12 līdz 10^–13 sekundes (piemēram, dažiem B mezoniem — apmēram 1–1.6 ps = 10^–12 s). Šie sabrukumi bieži dod semileptoniskus kanālus (b → c l ν), radiatīvus sabrukumus (b → s γ) un ļoti retus leptoniskus vai flavour‑mainošanās kanālus, kuri ir jūtīgi pret jauniem efektiem.

Rašanās, hadronizācija un novērošana

Apakškvarki parasti rodas augstas enerģijas sadursmēs (piem., hadronu kolideros kā LHC vai e⁺e⁻ "B‑fabrikas"). Tā kā kvarki nekad neeksistē izolēti, b kvarks ātri hadronizējas un iekļaujas B mezonos vai b‑barjonos. B mezonu un bottom barjonu īpašības izmanto daudzu eksperimentu pētījumos: precīzai CKM parametru noteikšanai, CP simetrijas pārkāpuma izpētei un retu sabrukumu meklējumiem, kas var norādīt uz jaunu fiziku.

Nozīme fizikā

Apakškvarki ir svarīgi smagās kvarku fizikas un flavour‑fizikas jomā. Pētījumi ar b kvarku saturošiem hadroniem ir devuši būtiskus rezultātus CP pārkāpuma izpratnē, precīzos Standarta modeļa parametrus un ierobežojumus jaunām teorijām. Tāpat pastāv īpaši stāvokļi, kuros b un anti‑b kvarks veido quarkonium sistēmas (piem., upsilon (ϒ) resonanses), kas sniedz informāciju par QCD nespējas reģionu un potenciālu starp smagajiem kvarkiem.

Īss kopsavilkums: apakšējie (skaistuma) kvarki ir smagi kvarki ar lādiņu -1/3, kas sabrūk galvenokārt vājajā mijiedarbībā uz šarmu kvarkiem vai augšējiem kvarkiem aptuveni 10^–12 s laika skalā. Tie neeksistē brīvi, bet veido B mezonus, bottom barjonus un quarkonium stāvokļus, kuri ir nozīmīgi gan teorētiski, gan eksperimentāli līdzekļi kvarku un fundamentālo mijiedarbību pētīšanā.

Meklēt pēc burta