J/psi meson - J/psi meson

J/psi
Sammensetning
c

c
Statistikk Bosonisk
Familie Mesoner
Interaksjoner Sterk , svak , elektromagnetisk , tyngdekraften
Symbol
J/ψ
Antipartikkel Selv
Oppdaget SLAC : Burton Richter et al. (1974)
BNL : Samuel Ting et al. (1974)
Typer 1
Masse 5,5208 × 10 −27  kg
3.096 916  GeV/ c 2
Forfaller til 3
g
 eller
γ
+2
g
 eller
γ
Elektrisk ladning 0  e
Snurre rundt 1
Isospin 0
Overlading 0
Paritet -1
C paritet -1

De
J/ψ
( J / psi ) meson / dʒ eɪ s aɪ m jeg z ɒ n / eller Psion er en subatomære partikkel , en smak -nøytralt meson som består av en sjarmkvark og en indikator antikvark . Mesoner dannet av en bundet tilstand av en sjarmkvark og en sjarm-antikvark er generelt kjent som " charmonium ". De
J/ψ
er den vanligste formen for charmonium, på grunn av spinnet på 1 og lav hvilemasse . De
J/ψ
 har en hvilemasse på 3.0969  GeV/ c 2 , like over
η
c (2,9836  GeV/ c 2 ), og en gjennomsnittlig levetid på7,2 × 10 −21  s . Denne levetiden var omtrent tusen ganger lengre enn forventet.

Funnet ble gjort uavhengig av to forskergrupper, en ved Stanford Linear Accelerator Center , ledet av Burton Richter , og en ved Brookhaven National Laboratory , ledet av Samuel Ting fra MIT . De oppdaget at de faktisk hadde funnet den samme partikkelen, og begge kunngjorde sine funn 11. november 1974. Viktigheten av denne oppdagelsen fremheves av det faktum at de påfølgende raske endringene i høyenergifysikk på den tiden har blitt kollektivt kjent som " Novemberrevolusjon ". Richter og Ting ble tildelt Nobelprisen i fysikk i 1976 .

Bakgrunn for oppdagelse

Bakgrunnen for oppdagelsen av
J/ψ
var både teoretisk og eksperimentell. På 1960 -tallet ble de første kvarkmodellene for elementær partikkelfysikk foreslått, som sa at protoner , nøytroner og alle andre baryoner , og også alle mesoner , er laget av fraksjonelt ladede partikler, "kvarkene", som kommer i tre typer eller "smaker", kalt opp , ned og merkelig . Til tross for kvarkmodellers evne til å bringe orden i "elementary particle zoo", ble de betraktet som noe som matematisk fiksjon den gangen, en enkel artefakt av dypere fysiske årsaker.

Fra 1969 avslørte dype uelastiske spredningseksperimenter ved SLAC overraskende eksperimentelle bevis for partikler inne i protoner. Om dette var kvarker eller noe annet, var først ikke kjent. Mange eksperimenter var nødvendig for å identifisere egenskapene til de sub-protoniske komponentene fullt ut. Til en første tilnærming var de virkelig en match for de tidligere beskrevne kvarkene.

På den teoretiske fronten ble målingsteorier med ødelagt symmetri de første fullt levedyktige utfordrerne for å forklare det svake samspillet etter at Gerardus 't Hooft i 1971 oppdaget hvordan man kunne beregne med dem utover trenivå . Det første eksperimentelle beviset for disse teoriene om svake foreninger var oppdagelsen av den svake nøytrale strømmen i 1973. Måtteteorier med kvarker ble en levedyktig utfordrer for det sterke samspillet i 1973, da begrepet asymptotisk frihet ble identifisert.

Men en naiv blanding av elektrosvake teori og den kvark modellen førte til beregninger ca. kjente nedbrytnings-modi som motsa observasjon: Nærmere bestemt forutsagt Z boson -medierte smaks skiftende henfall av en særkvark inn i en nedkvark, som ikke ble observert. En idé fra 1970 om Sheldon Glashow , John Iliopoulos og Luciano Maiani , kjent som GIM-mekanismen , viste at smakforandrende forfall ville blitt sterkt undertrykt hvis det var en fjerde kvark (nå kalt sjarmkvarken ) som var et komplementært motstykke til den merkelige kvarken . Sommeren 1974 hadde dette arbeidet ført til teoretiske spådommer om hvordan en sjarm + antikarm meson ville være.

Spådommene ble ignorert. Arbeidet til Richter og Ting ble hovedsakelig utført for å utforske nye energiregimer, ikke for å teste de teoretiske spådommene.

Gruppen på Brookhaven var de første som skjønte en topp på 3,1 GeV i tomter med produksjonshastigheter, og først anerkjente 𝜓  meson -at Ting kalte "J" meson (etter seg selv-etternavnet hans på kinesisk er丁).

Forfallsmoduser

Hadroniske forfallsmoduser av
J/ψ
er sterkt undertrykt på grunn av OZI -regelen . Denne effekten øker partikkelenes levetid sterkt og gir den derved sin meget smale forfallsbredde på just93,2 ± 2,1 keV . På grunn av denne sterke undertrykkelsen begynner elektromagnetiske forfall å konkurrere med hadroniske forfall. Dette er grunnen til at
J/ψ
har en betydelig forgreningsfraksjon til leptoner.

De primære forfallsmodusene er:


c

c
 → 3
g
 		      64,1% ± 1,0%

c

c
 →
γ
 + 2
g
 		      8,8% ± 0,5%

c

c
 →
γ
 		      ~25,4%

γ
 → hadroner		       13,5% ± 0,3%

γ
 →
e+
 +
e-
 		      5,94% ± 0,06%

γ
 →
μ+
 +
μ-
 		      5,93% ± 0,06%


J/ψ
 smelter

I et varmt QCD -medium , når temperaturen økes langt utover Hagedorn -temperaturen , vil
J/ψ
og dets eksitasjoner forventes å smelte. Dette er et av de forutsagte signalene om dannelsen av kvark -gluonplasma . Heavy-ion eksperimenter ved CERN 's Super Proton Synchrotron og på BNL er relativistiske Heavy Ion Collider har studert dette fenomenet uten en konkluderende resultat som i 2009. Dette skyldes kravet om at forsvinningen av
J/ψ
 mesoner evalueres med hensyn til grunnlinjen gitt av den totale produksjonen av alle sjarkkvarkholdige subatomære partikler, og fordi det er mye forventet at noen
J/ψ
blir produsert og/eller ødelagt på tidspunktet for QGP -hadronisering . Dermed er det usikkerhet i de rådende forholdene ved de første kollisjonene.

Faktisk, i stedet for undertrykkelse, forbedret produksjon av
J/ψ
er forventet i tungionforsøk ved LHC hvor kvark-kombinant produksjonsmekanisme bør være dominerende gitt den store mengden sjarmkvarker i QGP. Bortsett fra
J/ψ
, sjarmert B mesoner (
B
c), tilby en signatur som indikerer at kvarker beveger seg fritt og binder etter ønske når de kombineres for å danne hadroner .

Navnet

På grunn av den nesten samtidige oppdagelsen,
J/ψ
er den eneste partikkelen som har et navn på to bokstaver. Richter kalte den "SP", etter SPEAR -akseleratoren som ble brukt på SLAC ; Imidlertid likte ingen av hans kolleger det navnet. Etter å ha rådført seg med den greskfødte Leo Resvanis for å se hvilke greske bokstaver som fremdeles var tilgjengelige, og avvist " jota " fordi navnet antyder ubetydelighet, valgte Richter "psi" -et navn som, som Gerson Goldhaber påpekte, inneholder det opprinnelige navnet "SP" ", men i motsatt rekkefølge. Tilfeldigvis lignet senere gnistkammerbilder ofte psi -formen. Ting tildelte navnet "J" til det, som er en bokstav unna " K ", navnet på den allerede kjente rare mesonen; en annen grunn er at "j" er symbolet for elektromagnetisk strøm. Muligens ved en tilfeldighet ligner "J" sterkt den kinesiske karakteren for Tings navn (丁). J er også den første bokstaven i Tings eldste datters navn, Jeanne.

Mye av det vitenskapelige samfunnet anså det som urettferdig å prioritere en av de to oppdagerne, så de fleste påfølgende publikasjoner har omtalt partikkelen som "
J/ψ
".

Den første begeistrede tilstanden til
J/ψ
ble kalt ψ ′; den kalles nå ψ (2S), som angir kvantetilstanden. Den neste opphissede tilstanden ble kalt ψ ″; den kalles nå ψ (3770), som indikerer masse i MeV . Andre vektor mål-anticharm stater er betegnet på lignende måte med ψ og kvantetilstand (hvis den er kjent), eller massen. "J" brukes ikke, siden Richters gruppe alene først fant spente tilstander.

Navnet charmonium brukes for
J/ψ
og andre sjarm-antikarmbundet stater. Dette er analogt med positronium , som også består av en partikkel og dens antipartikkel (et elektron og positron når det gjelder positronium).

Se også

Fotnoter

Referanser

Kilder