2.4 Шарм и его появление в физике частиц. Бьюти. Топ ''Till Parisina's fatal charms Again attracted every eye...''                      Lord Byron,                          'Parisina'

    Итак, существует три кварка!
    В течение 10 лет именно так и полагали, но затем случилось неожиданное.
    В ноябре 1974 на Брукхевенском ускорителе протонов на 28 ГэВ(США) и на встречных кольцах SPEAR (SLAC,США) была открыта J/ψ-частица - векторный мезон, распадающийся по адронному каналу на пионы, с неожиданно большой массой 3100 МэВ и неожиданно большим временем жизни и соответствено малой шириной, примерно 100 Кэв, тогда как для адронов характерные ширины колебались от 150 Мэв для ρ-мезона до 8 Мэв для ω и 4 Мэв для φ-мезонов. Проведя аналогию с подавлением распада на пионы векторного φ-мезона, который, как полагают , в основном является состоянием (s) сделали вывод, что самым простым решением является гипотеза о существовании 4-го кварка с новым квантовым числом "charm". Тогда J/ψ(3100) будет состоянием (c).

А как быть с массой шармового кварка? Сделаем смелое предположение, что как и в случае с φ(1020)-мезона, когда масса мезона равна удвоенной массе странного кварка (500 МэВ), масса очарованного кварка составляет половину массы J/ψ(3100)-частицы, т.е. 1500 МэВ, более чем в полтора раза превышая массу протона.
    Но тем самым было предсказано существование мезонов с шармом с кварковым содержанием (c), (u), (c), (d) , а также (c) и ( s). Поскольку шарм в сильных взаимодействиях должен сохраняться так же, как сохраняется странность, они должны распадаться по слабому взаимодействию с потерей шарма. Для простоты предположим, что массы этих мезонов просто складываются из масс соответствующих кварков.
    Еще раз используем аналогию с φ(1020)-мезоном, основным каналом распада которого является распад на каон(490)-антикаон(490), и рождение которого с последующим распадом по этому каналу является доминирующим процессом при энергии электрон-позитронных колец 1020 МэВ.
    Если существует аналог J/ψ(3100)-частицы с большей массой, а именно, в районе 2 × (1500+300) МэВ, то такой мезон должен охотно распадаться на шармовые мезоны. Но такой мезон действительно был обнаружен, это  векторная ψ(3770)-частица,  основным каналом ее распада является распад на два шармовых мезона, причем ширина распада составляет более 20 МэВ !!!

Обнаруженные шармовые мезоны распадаются, как и ожидалось, по слабому взаимодействию, что видно уже по характерному для слабых взаимодействий времени их жизни на уровне 10^-12 - 10^-13 сек.
    Группа унитарной симметрии, по которой следует теперь проводить классификацию частиц, возрастает до группы SU(4). Правда, использовать ее аналогично группе SU(3) для построения массовых формул и т.п. навряд ли возможно из-за слишком больших разниц масс между частицами, соразмерных уже с самими величинами масс частиц. Во всяком случае этот вопрос требует специальных исследований.
    В модели с 4 кварками мезоны будут преобразовываться по представлениям группы SU(4), содержащимся в разложении прямого произведения 4 на или

где теперь

	(2.25)
	(2.26)

Пятый кварк. Бьюти

Per la bellezza di una donna molti sono periti...Eccl.

    Простота человеческого мышления стала яснее при следующем крупном открытии- когда в 1977 был открыт узкий векторный резонанс с массой около 10 ГэВ, (1S)(9460), Г 50 кэВ, все единодушно решили, что тут и думать не о чем - это состояние с новым 5-ым кварком типа (s)  или J/ψ. И назвали этот кварк b от beauty или bottom и приписали ему массу 5 ГэВ M()/2, половину массы нового мезона со скрытой "beauty" (1S)(9460) = (b).

И тут же стали искать следующее его возбужденное состояние, которое, подобно ψ(3770), имело бы заметно большую ширину и разваливалось бы тут же на мезоны с квантовым числом "beauty". Нашли . Это (4S)(10580), Г10 МэВ. Он почти нацело распадается на пару , где псевдоскалярные(?) мезоны B имеют массу ~5300 = (5000 + 300) МэВ и время жизни порядка полутора наносекунд.

2.5 Truth или top?

    Но это было не все, поскольку к этому времени в наличии уже было шесть лептонов e^-, ν_e, μ^-, ν_μ, τ^-, ν_τ (и шесть антилептонов) и только 5 кварков: c,u с зарядом +2/3e и d,s,b с зарядом -1/3e. Оставляя в стороне теоретические основания (а они были, и серьезные), мы видим, что нарушена симметрия между кварками и лептонами и между числом кварков разного заряда. Не означает ли это, что существует 6-й кварк c квантовым числом "truth" или "top"? В течение 20 лет это принималось почти всеми на веру, хотя было много попыток придумать модели, где бы вовсе не было 6-го кварка. Только в 1996 году t-кварк был открыт с массой близкой к массе ядра лютеция ⁷¹Lu¹⁷⁵, m_t 175 ГэВ. Пока мало можно сказать о частицах, содержащих t-кварк.