底夸克
底夸克
底夸克(Bottom quark),又称美夸克(Beauty quark),用符号b表示,为第三代夸克之一。底夸克的电荷为−1⁄3 e。底夸克在粒子物理学中具有独特的地位,因为它参与的过程中常常涉及到CP破坏现象的研究。
基本介绍
1973年,日本物理学家小林诚益川敏英为解释CP破坏而在理论上引入了底夸克。1977年,费米实验室发现底夸克的存在。底夸克的电荷为−1⁄3 e,它被赋予新的量子数底数,反底夸克的底数为负。u、d、s、c夸克的底数都为零。反底夸克可与夸克u、d、s和c组成轻-重夸克束缚态,这些基态现已被实验所发现。
1964年,在K介子(s夸克组成的系统)的衰变中发现了CP破坏现象,并用电弱统一理论进行了解释。但与b夸克有关的CP破坏效应并没有得到实验测定,是否存在新的CP破坏机制,尚不得而知。世界上专为此目的建立了两个B介子工厂(日本的KEK和美国的SLAC)用以研究CP破坏效应,并已观察到了B介子衰变的CP破坏现象。
底夸克由于其较大的裸质量和CKM矩阵的元素Vub与Vcb的数值很小,因此在实验中具有独特的标签。使用一种称为底贴签的技术,可以很容易地辨识出底夸克的踪迹。底夸克是研究CP破坏的理想粒子,因为CP破坏涉及到三代的夸克,BaBar实验、Belle实验与LHCb实验都在进行这类研究。
几乎所有顶夸克衰变都会产生底夸克,希格斯玻色子的衰变也常会产生底夸克。海姆·哈拉里在1975年将这粒子命名为底夸克。由于“发现对称性破缺的来源,并预测了至少三大类夸克在自然界中的存在”,小林诚益川敏英荣获2008年诺贝尔物理学奖
通过弱相互作用,底夸克可以衰变为上夸克粲夸克。这类衰变被CKM矩阵所抑制(Vub=0.0040、Vcb=0.04,数值很小)。底夸克虽然很想衰变为顶夸克(Vtb=0.9991),但是由于底夸克的质量小于顶夸克,因此不能衰变为顶夸克,所以,底夸克的平均寿命相对较长,为1.3×10^−12秒,而每当底夸克衰变时,它比较常衰变为夸克。
含有底夸克的强子
以下列出一些含有底夸克的强子
- B介子含有一个底夸克(或反底夸克)与一个上夸克或下夸克
- B_c介子含有一个底夸克与粲夸克
- B_s介子含有一个底夸克与一个奇夸克
- 有很多种底夸克偶素态,例如ϒ介子、大型强子对撞器首先发现的粒子χb(3P)。它们都是由一个底夸克与反底夸克形成的粒子。
- 含有底夸克的重子已被观测到,它们的命名方式与奇重子类似。
模型
粒子物理学上,夸克模型英语:Quark Model)是一种根据强子内价夸克种类的强子分类方案,而价夸克就是强子内的夸克和反夸克,它们是强子量子数的源头。夸克是“SU(3)味对称”或八重道的基础,这个分类方案成功将1950至60年代所发现的的大量较轻的强子妥当编组。它在1960年代后期得到了实验确认,至今仍是一套既正确又有效的分类法。夸克模型在1964年分别由默里·盖尔曼乔治·茨威格独立提出(另见)。时至今日,夸克模型已被标准模型所吸收,并成为了它的一部分,标准模型指的是已确立的强相互作用弱电相互作用的量子场论
强子并不“基本”,并可被视为“价夸克”及其反夸克的束缚态,而“价夸克”及其反夸克就是强子量子数的源头。这些量子数是识别强子的标签,可分为两种。
夸克模型以外的态
虽然夸克模型可由量子色动力学理论中推导出来,但是强子的结构却比模型所能容许的要复杂得多。所有强子的完全量子力学波函数必须包括虚夸克对和虚胶子对,同时亦要容许多种混合。可能有强子位处夸克模型之外。这样的粒子包括胶球(只含有价胶子)、混合粒子(含有价胶子和夸克)和“奇异强子”(包括四夸克态五夸克态)。
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参考资料
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含有底夸克的强子
模型
夸克模型以外的态
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