Очарованные частицы, с-кварк

    Открытие c-кварка оказалось, несмотря на теоретические предсказания, полной неожиданностью.
    В 1974 году одновременно две группы физиков объявили о наблюдении новой частицы - .
     Группа С. Тинга наблюдала J/ψ-мезон как резонанс в сечении реакции

e⁺ + e^- адроны

при энергии E ~ 3.1 ГэВ.
Группа Б. Рихтера измеряла энергетический спектр e⁺e^-пар, образующихся при бомардировку бериллиевой мишени высокоэнергетичными протонами

p + Be e⁺ + e⁻.

В инвариантном спектре масс e⁺e⁻ наблюдался узкий пик шириной 87 кэВ при энергии E ~ 3.1 ГэВ. То есть время жизни J/ψ-мезона почти в 1000 раз больше, чем у известных частиц такой массы. Причина - в состав J/ψ входит новый, не известный ранее с-кварк. Он несет новое квантовое число - с, названное очарованием (charm). с-Кварк порождает семейство адронов, имеющих в своем составе его или соответствующий антикварк . Мезоны и барионы, в состав которых входит с или кварки называются очарованными мезонами и барионами соответственно. J/ψ-мезон имеет "скрытый" чарм - связанное состояние с. Массу валентного с-кварка можно оценить как половину массы J/ψ, то есть ~1500 МэВ. В таблице приведены характеристики некоторых из известных очарованных мезонов и барионов.

Частица

Кварковый состав

Масса, mc²
(МэВ)

Время жизни или ширина распада

Спин-четность J^P, изоспин I
J^P(I)

Основные моды распада

D^±	c, d	1869	1.1·10^-12 с	0^-(1/2)	K + другие частицы, e+ другие частицы, + другие частицы
D⁰,D⁰	c, u	1865	4.2·10^-13 с	0^-(1/2)	K + другие частицы, e+ другие частицы, + другие частицы
	c, s	1969	4.7·10^-13 с	0-(0)	K + другие частицы
	с	3097	87 кэВ	1-(0)	адроны, e⁺e⁻,⁺⁻
	udc	2285	2.0·10^-13 с	1/2⁺(0)	(n или p) + другие частицы
	uuc	2453		1/2⁺(1)
	udc	2454
	ddc	2452

Семейство частиц , и образует изотопический триплет. Из таблицы видно, что суммарная масса D⁻ и D⁺ мезонов больше массы J/ψ-мезона, поэтому очарованные кварки с, образующие J/ψ-мезон могут только аннигилировать в процессе распада, что и объясняет относительно большое время жизни J/ψ-мезона (малую ширину распада Г = 87 кэВ).

Закон сохранения чарма

В сильных и электромагнитных взаимодействиях чарм сохраняется Δс = 0.
В слабых взаимодействиях чарм не изменяется или изменяется на единицу Δс = 0, +1.

Рис.1

c-Кварк распадается в результате слабого взаимодействия, превращаясь преимущественно в s-кварк, по схеме, показанной на рис.1. Образующийся W-бозон в свою очередь распадается на пару фермионов. На рис.1-2 приведены кварковые схемы некоторых мод распада очарованных частиц.

Рис.2. Кварковая схема одной из мод распада D⁺-мезона

Рис. 3. Кварковая схема одной из мод распада

-бариона

Последнее обновление 16.11.15