Кіріспе

Шарм кварк пен антикварктан тұратын субатомдық бөлшек (J/psi) мезоны – шарм кварк пен шарм антикварктан тұратын, дәмдік бейтарап мезон. Шарм кварк пен шарм антикварк байланысқан күйде пайда болған мезондар әдетте "хармоний" немесе псиондар деп аталады. (J/psi) мезоны 1 спині мен төменгі тыныштықтағы массасының арқасында шармонийдің ең көп кездесетін түрі болып табылады. Оның тыныштықтағы массасы 3,0969-ға тең, бұл 2,9836-дан сәл жоғары, ал орташа өмір сүру мерзімі 7,2. Бұл мерзім күтілгеннен мың есе ұзақ болды. Оның ашылуын екі зерттеу тобы тәуелсіз түрде жасады: бірі Стэнфорд сызықтық үдеткіш орталығында, Бертон Рихтер басқарып, екіншісі Брукхейвен ұлттық зертханасында, MIT-тен Сэмюэл Тинг басқарып. Олар бірдей бөлшекті тапқандарын анықтады және екеуі де 1974 жылдың 11 қарашасында өздерінің жаңалығын жариялады. Бұл жаңалықтың маңыздылығы сол кездегі жоғары энергиялық физикадағы жылдам өзгерістердің "қараша революциясы" деп аталуынан көрінеді. Рихтер мен Тинг 1976 жылы физика саласындағы Нобель сыйлығымен марапатталды.

Ашылу тарихы

Зерттеудің бастауы теориялық және эксперименттік еді. 1960 жылдары элементар бөлшектер физикасының алғашқы кварк модельдері ұсынылды, онда протон, нейтрон және барлық басқа бариондар, сондай-ақ барлық мезондар, бөлшектік зарядталған бөлшектерден, «кварктардан» тұратыны айтылды. Кварктар алты түрге бөлінеді немесе «дәмдерге» ие: жоғары, төмен, топ, төмен, ерекше және тартымды. Кварк модельдері «элементар бөлшектер бағына» тәртіп келтіре алуына қарамастан, сол кезде олар математикалық қиялға ұқсас, терең физикалық себептерден туындаған қарапайым артефакт ретінде қарастырылды. 1969 жылдан бастап SLAC-те жүргізілген терең серпімді шашырау эксперименттері протонның ішіндегі бөлшектердің бар екенін көрсететін күдікті эксперименттік деректерді ашты. Бұл кварктар ма, әлде басқа нәрсе ме екені алғашқыда белгісіз болды. Субпротондық компоненттердің қасиеттерін толық анықтау үшін көптеген эксперименттер қажет болды. Бірінші жуықтауда, олар бұрын сипатталған кварктарға сәйкес келді. Теориялық тұрғыдан алғанда, бұзылған симметриясы бар өлшегіш теориялар, 1971 жылы Герардус т’Хоофт олармен ағаш деңгейінен тыс қалай есептеуге болатынын ашқаннан кейін, әлсіз өзара әрекеттесуді түсіндірудің алғашқы толыққанды үміткерлері болды. Бұл электрожұқ өзара әрекеттесу теориясының алғашқы эксперименталдық дәлелі 1973 жылы әлсіз бейтарап тоқтың табылуы болды. 1973 жылы асимптотикалық еркіндік концепциясы анықталғанда, кварктармен өлшегіш теориялар күшті өзара әрекеттесуді түсіндіруге лайықты үміткерге айналды. Алайда, электрожұқ теория мен кварк моделінің қарапайым қосылысы белгілі ыдырау режимдері туралы есептеулерге әкелді, олар байқаулармен қайшы болды: атап айтқанда, ол Z бозонының араласуымен ерекше кварктың төменгі кваркқа ыдырауына себеп болды, ол байқалған жоқ. 1970 жылы Шелдон Глэшоу, Джон Илиопулос және Лучано Майани ұсынған GIM механизмі, егер төртінші кварк (қазір шарм кваркі деп аталады) болса, дәмді өзгертетін ыдыраулар күрт төмендейтінін көрсетті, ол ерекше кваркқа толықтыратын рөлде болар еді. 1974 жылдың жазында бұл жұмыс шарм + антишарм мезонының қалай болатыны туралы теориялық болжамдарға әкелді. Бұл болжамдар назарсыз қалды. Рихтер мен Тингтің жұмысы негізінен жаңа энергия режимдерін зерттеу үшін жасалды, теориялық болжамдарды тексеру үшін емес. Брукхейвендегі топ өндіріс жылдамдықтарының графиктерінде 3,1 ГэВ-тағы шықты анықтады, алғаш рет ψ мезонын таныды – Тинг оны «J» мезоны деп атады (өзінің тегінің қытайша жазылуына сәйкес 丁, немесе мүмкін өзінің құрметіне емес: → 3 64.1 → + 2 8.8 → ~ 25.5 → адрондар 13.5 → + 5.971 → + 5.961).

балқыту

Ыстық QCD ортасында температура Хагедорн температурасынан едәуір жоғары көтерілген кезде, оның және оның қоздырылған күйлері еріп кеткені күтіледі. Бұл кварк-глюон плазмасының пайда болуының болжанған белгілерінің бірі. CERN-нің Super Proton Synchrotron және BNL-дің Релятивистік ауыр иондық коллайдерлеріндегі ауыр иондық эксперименттер 2009 жылға дейін бұл құбылысты нақты нәтижесіз зерттеді. Бұл себебі, мезондардың жоғалуын барлық шарм кварктарын қамтитын субатомдық бөлшектердің жалпы өндірісімен салыстырып бағалау қажет, және QGP адронизациясы кезінде кейбір мезондар пайда болып, немесе жойылғаны кеңінен күтіледі. Сондықтан, бастапқы соқтығыстардағы жағдайлар туралы белгісіздік бар. Шындығында, басудың орнына, LHC-дегі ауыр иондық эксперименттерде кварк комбинациясы арқылы өндірілу механизмі басым болуы керек, себебі QGP-да шарм кварктарының көптігі бар. Бұдан басқа, сиқырлы B мезондары кварктардың еркін қозғалып, адрондарды құрағанда қалауынша байланысатынын көрсететін белгілерді ұсынады.

Атауы

Бір мезгілде ашылғандықтан, бұл екі әріптен тұратын жалғыз бөлшектің атауы. Рихтер оны SLAC-те қолданылатын SPEAR үдеуішінің атымен "SP" деп атады; бірақ оның әріптестерінің ешқайсысы бұл атауды ұнатпады. Грек тілінде туған Лео Ресваниспен кеңесіп, қалған грек әріптерін анықтағаннан кейін, "иота" атауын маңызсыздық білдіретіні үшін қабылдамады, Рихтер "пси" атауын таңдады. Герсон Голдхабер атап көрсеткендей, бұл атау түпнұсқа "SP" атауын кері ретпен қамтиды. Кездейсоқ жағдай, кейінірек жасалған шамдардағы суреттер көбінесе пси пішініне ұқсады. Тинг оған "J" атауын берді, ол бұрыннан белгілі ғажайып мезонның атауы "K"-дан бір әріп қашықтықта; сондай-ақ, "j" электромагниттік токтың символы. Мүмкін, кездейсоқ болса да, "J" әрпі Тиңнің атының (丁 Dīng) қытай иероглифіне өте ұқсайды. "J" - Тингтің үлкен қызы Жаннаның атының бірінші әрпі. Көптеген ғалымдар екі ашушының біреуіне басымдық беруді әділетсіз деп есептеді, сондықтан кейінгі жарияланымдардың көпшілігі бөлшекті "". -нің бірінші қозу күйі ψ′ деп аталды; қазір ол ψ(2S деп аталады, бұл оның кванттық күйін көрсетеді. Келесі қозу күйі ψ′′ деп аталды; қазір ол ψ(3770 деп аталады, бұл массасын u=MeV/c2 бірліктерімен көрсетеді. Басқа векторлық шарм-антишарм күйлері ψ және кванттық күй (белгілі болса) немесе масса арқылы белгіленеді. "J" әрпі қолданылмайды, өйткені Рихтер тобы алғаш рет қозу күйлерін тапқан. Шармоний атауы - және басқа шарм-антишарм байланыс күйлері үшін қолданылады. Бұл позитронийге ұқсас, ол да бөлшек пен оның антибөлшегінен (позитронийде электрон мен позитрон) тұрады.