Шарм кваркі – бұл элементар бөлшек, хадрон құрамында табылады. 1964 ж. теорияланды, 1974 ж. ашылды. Массасы, қасиеттері, және W, Z бозондарымен байланысы туралы ақпарат.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Кварк түрі
Type of quark
Шарм кваркі, шарм кварк немесе c кварк – J/psi мезоны және бөлшектер үдеткішінің соқтығысуында пайда болған шарм барионы сияқты адрон деп аталатын құрама субатомдық бөлшектерде кездесетін элементарлық бөлшек. W және Z бозондары мен Хиггс бозоны сияқты бірнеше бозондар шарм кварктарына ыдырай алады. Барлық шарм кварктары шарм кванттық санын алып жүреді. Бұл екінші буын бөлшегі – 2022 жылы өлшенген массасы 1,27 және заряды +e болатын үшінші ең ауыр кварк.
The charm quark, charmed quark, or c quark is an elementary particle found in composite subatomic particles called hadrons such as the J/psi meson and the charmed baryons created in particle accelerator collisions. Several bosons, including the W and Z bosons and the Higgs boson, can decay into charm quarks. All charm quarks carry charm, a quantum number. This second generation particle is the third most massive quark with a mass of 1.27 as measured in 2022 and a charge of + e.
1964 жылы Джеймс Бьёркен мен Шелдон Глашшоу шарм кваркі туралы теория ұсынған, ал 1970 жылы Глашшоу, Джон Илиопулос және басқалар да теория ұсынған. 1974 жылы Брукхейвен ұлттық зертханасы мен Стэнфорд сызықтық үдеткіш орталығында J/psi мезоны арқылы жеке-жеке табылды. Келесі бірнеше жылда D мезоны мен шармды ерекше мезондарды қоса, бірнеше шармды бөлшектер табылды. XXI ғасырда екі шарм кваркын қамтитын барион табылды. Жақында протонда өзіне тән шарм кварктарының бар екендігіне дәлелдер келтірілді, сондай-ақ шарм кваркі мен Хиггс бозонының байланысы зерттелді. Соңғы деректер шарм кваркын қамтитын D0 мезонының ыдырауында CP симметриясының бұзылуын көрсетеді.
In 1964, James Bjorken and Sheldon Glashow theorized on the charm quark, and in 1970, Glashow, John Iliopoulos, also theorized on by others. In 1974, it was separately discovered through the J/psi meson at Brookhaven National Laboratory and the Stanford Linear Accelerator Center. In the next few years, several charmed particles, including the D meson and the charmed strange mesons, were found. In the 21st century, a baryon containing two charmed quarks has been found. There is recent evidence intrinsic charm quarks exist in the proton, and the coupling of the charm quark and the Higgs boson has been studied. Recent evidence also indicates CP violation in the decay of the D0 meson, which contains the charm quark.
Атау беру
Шелдон Глашшоудың айтуынша, шарм кваркі өзінің атауын "субнуклеарлық әлемге әкелген үйлесімділік" үшін алды. Глашшоу бұл атауды "жамандықтан сақтаудың сиқырлы құралы" деп түсіндірді, себебі шарм кваркын қосу сол кездегі үш кварк теориясындағы қаланған және көрінбейтін ыдыраулардың алдын алуға мүмкіндік берер еді. Шарм кваркі академиялық және академиялық емес жағдайларда "шарм кваркі" деп те аталады. Шарм кваркінің символы "c" болып табылады.
According to Sheldon Glashow, the charm quark received its name because of the "symmetry it brought to the subnuclear world". Glashow also justified the name as "a magical device to avert evil" because adding the charm quark would prohibit unwanted and unseen decays in the three quark theory at the time. The charm quark is also called the "charmed quark" in both academic and non academic contexts. The symbol of the charm quark is "c".
Өмірбаян
1961 жылы Мюррей Гелл-Манн бариондар мен мезондарды топтастыру жолы ретінде Сегіздік жолды енгізді. 1964 жылы Гелл-Манн мен Джордж Цвайг барлық адрондардың элементарлық құрамдас бөліктерден тұратынын тәуелсіз түрде ұсынды, Гелл-Манн оларды "кварктар" деп атады. Алғашқыда тек жоғары кварк, төменгі кварк және ерекше кварк ұсынылды. Бұл кварктар Сегіздік жолдағы барлық бөлшектерді құрайтын еді. Гелл-Манн мен Казухико Нисиджима 1953 жылы ерекше бөлшектерге қатысты процестерді сипаттау үшін «ерекшелік» кванттық санын анықтады.
In 1961, Murray Gell Mann introduced the Eightfold Way as a pattern to group baryons and mesons. In 1964, Gell Mann and George Zweig independently proposed all hadrons are composed of elementary constituents, which Gell Mann called "quarks". Initially, only the up quark, the down quark, and the strange quark were proposed. These quarks would produce all of the particles in the Eightfold Way. Gell Mann and Kazuhiko Nishijima established strangeness, a quantum number, in 1953 to describe processes involving strange particles such as and .
Ашылу
Гласшоу протондардың төменгі кваркінің a-ны жұтып алып, шарм кваркіне айналуы мүмкін екенін болжады. Содан кейін протон, бірнеше бөлшекке, оның ішінде ламбда-барионға дейін ыдырайтын шармды барионға айналуы керек еді. 1974 жылдың мамыр айының соңында Роберт Палмер мен Николас П. Самиос Брукхейвен ұлттық зертханасындағы көпіршік камерасында ламбда-барион тудыратын оқиғаны анықтады. Палмердің ламбда-барион шармды бөлшектен пайда болғанына көз жеткізуіне бірнеше ай уақыт кетті. 1974 жылдың қазан айында көпіршік камерасының магниттік жүйесі бұзылып, олар осыған ұқсас оқиғаны қайта таппады. Екі ғалым өздерінің байқауларын 1975 жылдың басында жариялады. Майкл Риордан бұл оқиғаның "белгісіз" және "жігерлендіретін, бірақ нақты дәлел емес" екенін мәлімдеді.
Glashow predicted the down quark of a proton could absorb a and become a charm quark. Then, the proton would be transformed into a charmed baryon before it decays into several particles, including a lambda baryon. In late May 1974, Robert Palmer and Nicholas P. Samios found an event generating a lambda baryon from their bubble chamber at Brookhaven National Laboratory. It took months for Palmer to be convinced the lambda baryon came from a charmed particle. The magnet of the bubble chamber failed in October 1974 and they did not encounter the same event. The two scientists published their observations in early 1975. Michael Riordan commented that this event was "ambiguous" and "encouraging but not convincing evidence".
J/psi мезоны (1974)
1974 жылы Сэмюэл Ц. Ц. Тинг Брукхейвен ұлттық зертханасында (BNL) сиқырлы бөлшектерді іздеді. Оның командасы электронды жұп детекторын қолданды. Тамыз айының соңында олар 3,1 деңгейінде ең жоғарғы деңгейін тапты, ал сигналдың ені 5 деңгейінен аз болды. Топ ақыр соңында үлкен бөлшекті байқап, оған "J" деп ат қойды. Тинг өзінің ашылуын 1974 жылдың қазан айында жариялауды ойлады, бірақ μ/π қатынасына қатысты алаңдаушылыққа байланысты жариялауды кейінге қалдырды. Стэнфордтың сызықтық үдемелілеу орталығында (SLAC) Бертон Рихтер тобы 1974 жылы 9-10 қарашада тәжірибелер жүргізді. Сонымен қатар олар 3. 1- ге әсерлесудің жоғары ықтималдығын анықтады. Олар бұл бөлшекті "пси" деп атады. 1974 жылы 11 қарашада Рихтер Тингпен SLAC-те кездесті және олар өздерінің ашылуын жариялады. Теориялық зерттеушілер жаңа бөлшекті дереу талдауға кірісті. Оның өмір сүру мерзімі 10-20 секунд шамасында екені анықталды, бұл ерекше сипаттамаларды білдіреді. Томас Аппелквист пен Дэвид Политцер бөлшектің шарм кварк пен шарм антикварктан құралғандығын және олардың спинінің қатар орналасқанын болжады. Олар бұл конфигурацияны "хармоний" деп атады. Хармонийдің екі түрі болады: "ортохармоний", онда екі кварктің спиндері параллель және "парахармоний", онда спиндер қарама-қарсы орналасады. Мюррей Гелл Манн да шармоний идеясына сенді. Ричард Фейнман сияқты басқа теоретиктер бастапқыда жаңа бөлшекті шарм антикварикпен бірге ап кварктан тұрады деп ойлады. 1974 жылы 15 қарашада Тинг пен Рихтер өздерінің жаңалықтары туралы баспасөз бетіне жариялады. 21 қарашада SLAC-те SPEAR J/psi бөлшегінің резонансын тапты, ол Мартин Брейденбах пен Теренс Голдман болжағандай 3,7 болды. Бұл бөлшекті ψ′ ("psi prime") деп атады. Қарашаның соңында Аппелквист пен Политцер шармонийді теореттеу бойынша өздерінің мақаласын жариялады. Гласшоу мен Альваро Де Ружула "Байланыссыз обаяние табылды ма? " атты зерттеуінде олар J/psi мезонының қасиеттерін түсіндіру үшін шарм кварк пен асимптотикалық еркіндікті қолданды. Ақырында, 1974 жылы 2 желтоқсанда Physical Review Letters (PRL) Тинг пен Рихтердің J және psi-нің ашылу қағаздарын жариялады. Пси-примнің ашылуы келесі аптада жарияланды. 1975 жылы 6 қаңтарда PRL J/psi бөлшегі туралы тоғыз теориялық мақала жариялады; Майкл Риорданның айтуынша, олардың бесеуі "жағымдылық гипотезасын және оның түрлерін алға тартты". 1976 жылы Тинг пен Рихтер "жаңа түрдегі ауыр элементтік бөлшекті" ашқандары үшін физика бойынша Нобель сыйлығын алды. 1976 жылдың тамызында The New York Times газетінде Гласшоу өзінің ставкасын еске алып, "Джонның [Илиопулостың] шарап пен менің шапанам дәл уақытында сақталған" деп түсіндірді. Келесі EMS конференциясында спектроскопшылар ұйымдастырушылар ұсынған мексикалық кондитерлік шапқырларды жеді. Фрэнк Клоуз сол жылы "Илиопулос өз ставкасын жеңіп алды" деп аталатын Nature мақаласын жазып, 18-ші ICHEP-де "әрине, дәл осы жаңалық басым болды" деді. Ешкім Илиопулосқа өз ставкаларын төлемеді.
In 1974, Samuel C. C. Ting was searching for charmed particles at Brookhaven National Laboratory (BNL). His team was using an electron pair detector. By the end of August, they found a peak at 3.1 and the signal's width was less than 5. The team was eventually convinced they had observed a massive particle and named it "J". Ting considered announcing his discovery in October 1974 but he postponed the announcement due to his concern on the μ/π ratio. At the Stanford Linear Accelerator Center (SLAC), Burton Richter's team performed experiments on 9–10 November 1974. They also found a high probability of interaction at 3.1. They called the particle "psi". On 11 November 1974, Richter met Ting at the SLAC, and they announced their discovery. Theorists immediately began to analyze the new particle. It was shown to have a lifetime on the scale of 10−20 seconds, suggesting special characteristics. Thomas Appelquist and David Politzer suggested the particle was composed of a charm quark and a charm antiquark with their spin aligned in parallel. The two called this configuration "charmonium". Charmonium would have two forms: "orthocharmonium", where the spins of the two quarks are parallel, and "paracharmonium", where the spins align oppositely. Murray Gell Mann also believed in the idea of charmonium. Some other theorists, such as Richard Feynman, initially thought the new particle consisted of an up quark with a charm antiquark. On 15 November 1974, Ting and Richter issued a press release about their discovery. On 21 November at the SLAC, SPEAR found a resonance of the J/psi particle at 3.7 as Martin Breidenbach and Terence Goldman had predicted. This particle was called ψ′ ("psi prime"). In late November, Appelquist and Politzer published their paper theorizing charmonium. Glashow and Alvaro De Rujula also published a paper called "Is Bound Charm Found? ", in which they used the charm quark and asymptotic freedom to explain the properties of the J/psi meson. Eventually, on 2 December 1974, Physical Review Letters (PRL) published the discovery papers of J and psi, by Ting and Richter respectively. The discovery of the psi prime was published the following week. Then, on 6 January 1975, PRL published nine theoretical papers on the J/psi particle; according to Michael Riordan, five of them "promoted the charm hypothesis and its variations". In 1976, Ting and Richter shared the Nobel Prize in Physics for their discovery "of a heavy elementary particle of the new kind". In August 1976, in The New York Times, Glashow recalled his wager and commented, "John [Iliopoulos]'s wine and my hat had been saved in the nick of time". At the next EMS conference, spectroscopists ate Mexican candy hats supplied by the organizers. Frank Close wrote a Nature article titled "Iliopoulos won his bet" in the same year, saying the 18th ICHEP was "indeed dominated by that very discovery". No one paid off their bets to Iliopoulos.
Басқа сиқырлы бөлшектер (19751977)
1975 жылдың сәуірінде Палмер мен Самиосты қоса алғанда, Э. Г. Каццоли және басқалар, шармталған барионға қатысты бұрынғы беймаз дәлелдерін жариялады. 1975 жылдың тамызында Лептон-фотон симпозиумында сегіз жаңа ауыр бөлшек табылды. Дегенмен, бұл бөлшектердің жалпы шармы нөлдік шамаға тең. Сол жылдың төртінші тоқсанынан бастап физиктер таза, немесе "жалаңаш" шармға ие бөлшектерді іздеуді бастады. 1976 жылдың 3 мамырында SLAC-те Герсон Голдхабер мен Франсуа Пьер 1.87 шаңырағын анықтады, бұл Глашшоудың болжамына сәйкес бейтарап шармталған D мезонының бар екенін көрсетеді. 5 мамырда Голдхабер мен Пьер "жалаңаш шармды" ашқандары туралы бірлескен хабарлама жариялады. Жоғары энергиялық физика жөніндегі 18-ші халықаралық конференцияға дейін тағы да шармталған бөлшектер табылды. Риордан конференциядағы сессиялар барысында "шармның нақты дәлелдері пайда болды" деді, бұл шарм кваркінің бар екенін растады. Шармталған ерекше мезон 1977 жылы ашылды.
In April 1975, E. G. Cazzoli et al., including Palmer and Samios, published their earlier ambiguous evidence for the charmed baryon. By the time of the Lepton–Photon Symposium in August 1975, eight new heavy particles had been discovered. These particles, however, have zero total charm. Starting from the fourth quarter of that year, physicists began to look for particles with a net, or "naked", charm. On 3 May 1976 at SLAC, Gerson Goldhaber and François Pierre identified a 1.87 peak, which suggested the presence of a neutral charmed D meson according to Glashow's prediction. On 5 May, Goldhaber and Pierre published a joint memorandum about their discovery of the "naked charm". By the time of the 18th International Conference on High Energy Physics, more charmed particles had been discovered. Riordan said "solid evidence for charm surfaced in session after session" at the conference, confirming the existence of the charm quark. The charmed strange meson was discovered in 1977.
Кейінгі және қазіргі зерттеулер
2002 жылы Фермилабтағы SELEX ынтымақтастығы екі рет шармаланған барионның ("қос шармалы xi+") алғашқы байқауын жариялады. Бұл – екі шармалы кварктан тұратын үш кварк бөлшегі. Команда екі рет шармаланған барионның жоғары кваркпен бірге, төмен кваркпен бірге қарағанда ауыррақ және өндірілу жиілігі жоғары екенін анықтады. 2007 жылы BaBar және Belle ынтымақтастықтары екі бейтарап шармаланған мезонның араласуына дәлел келтірді, және бұл дәлелдер араласу жылдамдығының стандартты модельдің болжағандай төмен екенін растады. Екі зерттеудің де нәтижесінде екі шармалы бөлшектің ыдырауы арасындағы CP бұзушылығына дәлел табылған жоқ. 2022 жылы NNPDF ынтымақтастығы протонның ішкі шармалы кварктарының бар екеніне дәлел тапты. Сол жылы физиктер де Үлкен адрондық коллайдердегі ATLAS детекторын пайдаланып, Хиггс бозонының шармалы кварктарға ыдырауын тікелей іздеді. Олар Хиггс пен шармалы кварк арасындағы байланыс Хиггс пен төмен кварк арасындағы байланысқа қарағанда әлсіз екенін анықтады. 2022 жылдың 7 шілдесінде LHCb эксперименті D0 мезонының пиондарға ыдырауында тікелей CP бұзушылығының дәлелін тапқандарын жариялады.
In 2002, the SELEX Collaboration at Fermilab published the first observation of the doubly charmed baryon ("double charmed xi+"). It is a three quark particle containing two charm quarks. The team found doubly charmed baryons with an up quark are more massive and has a higher rate of production than those with a down quark. In 2007, the BaBar and Belle collaborations each reported evidence for the mixing of two neutral charmed mesons, and The evidence confirmed the mixing rate is small, as is predicted by the standard model. Neither studies found evidence for CP violation between the decays of the two charmed particles. In 2022, the NNPDF Collaboration found evidence for the existence of intrinsic charm quarks in the proton. In the same year, physicists also conducted a direct search for Higgs boson decays into charm quarks using the ATLAS detector of the Large Hadron Collider. They have determined the Higgs–charm coupling is weaker than the Higgs–bottom coupling. On 7 July 2022, the LHCb experiment announced they had found evidence of direct CP violation in the decay of the D0 meson into pions.
Сипаттамалары
Шарм кваркі – екінші буынның жоғары типтегі кваркі. Ол шармды, кванттық санды қасиет етеді. 2022 жылғы Бөлшектер физикасының шолуына сәйкес, шарм кваркінің массасы 1,27, заряды +e және шармы +1-ге тең. Шарм кваркі, таңғажайып кварктен ауыр: екеуінің массаларының арақатынасы шамамен 11,76 құрайды. КВМ матрицасы кварктердің әлсіз өзара әрекеттесуін сипаттайды. 2022 жылғы мәліметтер бойынша шарм кваркіне қатысты КВМ матрицасының шамалары:
The charm quark is a second generation up type quark. It carries charm, a quantum number. According to the 2022 Particle Physics Review, the charmed quark has a mass of 1.27, a charge of + e, and a charm of +1. The charm quark is more massive than the strange quark: the ratio between the masses of the two is about 11.76. The CKM matrix describes the weak interaction of quarks. As of 2022, the values of the CKM matrix relating to the charm quark are:
Шарм кварктары "ашық шарм бөлшектерінде" – бір немесе бірнеше шарм кваркі бар бөлшектерде, немесе шарм кваркі мен шарм антикваркінің байланысқан күйлері болып табылатын шармды күйлерде кездесе алады. Бірнеше шармдалған мезон бар, оның ішінде және шармдалған бариондар: , , , , түрлі зарядтары мен резонанстарымен.
Charm quarks can exist in either "open charm particles", which contain one or several charm quarks, or as charmonium states, which are bound states of a charm quark and a charm antiquark. There are several charmed mesons, including and Charmed baryons include , , , , with various charges and resonances.
Өндіріс және ыдырау
Шарм кварктерін қамтитын бөлшектер электрон-позитрон соқтығысулары немесе адрон соқтығысулары арқылы туындауы мүмкін. Электрон-позитрон коллайдерлері әртүрлі энергияларды пайдаланып, пси немесе апсилон мезондарын жасайды. Адрон коллайдерлері шарм кварктерін қамтитын бөлшектерді үлкен қимамен жасайды. W бозоны шарм кварк немесе шарм антикварк бар адрондарға ыдырай алады. Z бозоны шарм кварк фрагментациясы арқылы шармонийге ыдырайды. Хиггс бозоны да дәл осы механизм арқылы ыдырайды. Хиггс бозонының шармонийге ыдырау жылдамдығы "шарм кварк Юкава байланысымен анықталады". Шарм кваркі әлсіз ыдырау арқылы басқа кварктерге ыдырай алады. Шарм кваркі шарм антикваркімен бірге негізгі күйдегі шармоний мезондарының ыдырауы кезінде жойылады.
Particles containing charm quarks can be produced via electron–positron collisions or in hadron collisions. Using different energies, electron–positron colliders can produce psi or upsilon mesons. Hadron colliders produce particles that contain charm quarks at a higher cross section. The W boson can also decay into hadrons containing the charm quark or the charm antiquark. The Z boson can decay into charmonium through charm quark fragmentation. The Higgs boson can also decay to or through the same mechanism. The decay rate of the Higgs boson into charmonium is "governed by the charm quark Yukawa coupling". The charm quark can decay into other quarks via weak decays. The charm quark also annihilates with the charm antiquark during the decays of ground state charmonium mesons.