Введение

Субатомная частица, состоящая из c-кварка и анти-c-кварка. Мезон (J/ψ) '/dʒ//eɪ// /'/s//aɪ// /'/m//iː//z//ɒ//n/// является субатомной частицей, ароматно-нейтральным мезоном, состоящим из c-кварка и анти-c-кварка. Мезоны, образованные связанным состоянием c-кварка и анти-c-кварка, обычно известны как "хармониум" или псионы. (J/ψ) – наиболее распространенная форма хармония, благодаря своему спину, равному 1, и низкой массе покоя. Масса покоя (J/ψ) составляет 3,0969, что лишь немного превышает массу покоя (2,9836), а среднее время жизни – 7,2. Это время жизни оказалось примерно в тысячу раз больше ожидаемого. Его открытие было сделано независимо двумя исследовательскими группами: одной в Стэнфордском линейном ускорителе под руководством Бертона Рихтера и другой в Брукхейвенской национальной лаборатории под руководством Сэмюэля Тинга из MIT. Они обнаружили, что речь идет об одной и той же частице, и обе группы объявили о своих открытиях 11 ноября 1974 года. Значимость этого открытия подчеркивается тем, что последовавшие за ним быстрые изменения в физике высоких энергий в то время получили общее название "Ноябрьская революция". Рихтер и Тинг были удостоены Нобелевской премии по физике в 1976 году.

История открытия

Основания для открытия были как теоретическими, так и экспериментальными. В 1960-х годах были предложены первые кварковые модели физики элементарных частиц, утверждавшие, что протоны, нейтроны и все другие барионы, а также все мезоны, состоят из частиц с дробным зарядом – "кварков", которые существуют в шести типах или "ароматах", называемых верхним, нижним, верхним, нижним, странным и очарованным. Несмотря на способность кварковых моделей упорядочить "зоопарк элементарных частиц", в то время их считали скорее математической фикцией, чем отражением глубинных физических причин. Начиная с 1969 года, эксперименты по глубокому неупругому рассеянию в SLAC предоставили неожиданные экспериментальные доказательства наличия частиц внутри протонов. Были ли это кварки или что-то другое, поначалу было неизвестно. Для полного определения свойств субпротонных компонентов потребовалось множество экспериментов. По первому приближению, они действительно соответствовали ранее описанным кваркам. На теоретическом фронте, калибровочные теории с нарушенной симметрией стали первыми полностью работоспособными кандидатами на объяснение слабого взаимодействия после того, как в 1971 году Герардус 'т Хоофт обнаружил способ проводить с ними вычисления, выходящие за рамки диаграмм Фейнмана. Первым экспериментальным подтверждением этих теорий электрослабого объединения стало открытие слабого нейтрального тока в 1973 году. Калибровочные теории с кварками стали жизнеспособным кандидатом на описание сильного взаимодействия в 1973 году, когда была сформулирована концепция асимптотической свободы. Однако наивное объединение электрослабой теории и кварковой модели привело к расчетам, предсказывающим режимы распада, противоречащие наблюдениям: в частности, предсказывался распад странного кварка на нижний кварк, опосредованный Z-бозоном, который не был обнаружен. Идея Шелдона Глашоу, Джона Илиопулоса и Лучано Майани, известная как механизм GIM, показала, что такие распадные процессы будут сильно подавлены, если существует четвертый кварк (ныне называемый очарованным кварком), являющийся дополнительным партнером странного кварка. К лету 1974 года эта работа привела к теоретическим предсказаниям относительно свойств мезона, состоящего из очарованного кварка и антикварка. Эти предсказания были проигнорированы. Работы Рихтера и Тинга были в основном направлены на исследование новых энергетических областей, а не на проверку теоретических предсказаний. Группа из Брукхейвена первой обнаружила пик при 3,1 ГэВ на графиках скорости образования частиц, впервые идентифицировав ψ-мезон, который Тинг назвал "J"-мезоном (в честь себя – его фамилия 丁 пишется так на китайском языке, или, возможно, не в честь себя): → 3 64.1 → + 2 8.8 → ~25.5 → адроны 13.5 → + 5.971 → + 5.961

плавление

В горячей среде КХД, когда температура значительно превышает температуру Хагедорна, ожидается, что J/ψ и его возбуждения расплавятся. Это один из предсказанных сигналов формирования кварк-глюонной плазмы. Эксперименты с тяжелыми ионами в Суперпротонном синхротроне ЦЕРН и в Релятивистском коллайдере тяжелых ионов в Брукхейвенской национальной лаборатории (BNL) изучали это явление, но к 2009 году не пришли к однозначным выводам. Это связано с тем, что исчезновение J/ψ необходимо оценивать относительно базового уровня, определяемого общим производством всех субатомных частиц, содержащих c-кварки, а также с тем, что ожидается, что часть J/ψ будет производиться и/или распадаться в момент адронизации КГП. Таким образом, существуют неопределенности в условиях, преобладающих на начальных стадиях столкновений. Фактически, вместо подавления, в экспериментах на Большом адронном коллайдере (LHC) ожидается повышенное производство J/ψ, где механизм комбинаторного производства кварков должен быть доминирующим, учитывая высокую концентрацию c-кварков в КГП. Помимо J/ψ, очарованные B-мезоны предоставляют сигнатуру, указывающую на то, что кварки свободно перемещаются и произвольно связываются при формировании адронов.

Имя

Из-за почти одновременного открытия, это единственная частица, имеющая название из двух букв. Рихтер назвал её "SP" в честь ускорителя SPEAR, использовавшегося в SLAC; однако, это название не понравилось его коллегам. После консультации с греком по происхождению Лео Ресванисом, чтобы выяснить, какие греческие буквы ещё свободны, и отклонив "iota" из-за подразумеваемой незначительности её названия, Рихтер выбрал "пси" – название, которое, как заметил Герсон Голдхабер, содержит исходное название "SP", но в обратном порядке. Случайно, более поздние изображения искровых камер часто напоминали форму пси. Тинг присвоил ей название "J", которое отличается всего на одну букву от "K", названия уже известного странного мезона; другая причина в том, что "j" является символом электромагнитного тока. Вероятно, совпадение, но "J" сильно напоминает китайский иероглиф, обозначающий имя Тинга (丁 Dīng). "J" также является первой буквой имени старшей дочери Тинга, Жанны. Большинство представителей научного сообщества сочли несправедливым отдавать приоритет одному из двух первооткрывателей, поэтому в большинстве последующих публикаций частица упоминается как "". Первое возбужденное состояние называлось ψ′; теперь оно называется ψ(2S), что указывает на его квантовое состояние. Следующее возбужденное состояние называлось ψ″; теперь оно называется ψ(3770), что указывает на массу в единицах u=МэВ/c². Другие векторные состояния очарования и антиочарования обозначаются аналогично: ψ и квантовое состояние (если известно) или масса. "J" не используется, поскольку группа Рихтера первой обнаружила возбужденные состояния. Название "шармоний" используется для обозначения и других связанных состояний очарования и антиочарования. Это по аналогии с позитронием, которое также состоит из частицы и её античастицы (электрона и позитрона в случае позитрония).