Startuj z nami!

www.szkolnictwo.pl

praca, nauka, rozrywka....

mapa polskich szkół
Nauka Nauka
Uczelnie Uczelnie
Mój profil / Znajomi Mój profil/Znajomi
Poczta Poczta/Dokumenty
Przewodnik Przewodnik
Nauka Konkurs
uczelnie

zamów reklamę
zobacz szczegóły
uczelnie

Ypsilon (cząstka)

Ypsilon (cząstka)

upsilon
Symbolϒ, ϒ(1S)
Typbozon
Klasyfikacjamezon
Ładunek0
Masa9460,30±0,26 MeV/c2[1]
Szerokość54,02±1,25 keV[1]
Spin1
Generacja3
Odkryta1977

Mezon ϒ (ypsilon, fizycy zazwyczaj wymawiają jako "upsilon") – ciężki mezon wektorowy, złożony z kwarku i antykwarku spodniego (zwanego też pięknym) b. Jest przykładem stanu zwanego kwarkonium , czyli stanu związanego kwarku i jego antykwarku. Jest w związku z tym swoją własną antycząstką . Historycznie była to pierwsza odkryta cząstka zawierająca kwark trzeciej generacji.

Znanych jest szereg stanów radialnie wzbudzonych tego mezonu. Poniższa tabela porównuje własności stanu podstawowego, oznaczanego czasem ϒ(1S) i znanych stanów wzbudzonych[1].

OznaczenieMasa [MeV/c2]Szerokość [MeV]
ϒ(1S)9460,300,054
ϒ(2S)10023,260,032
ϒ(3S)10355,20,020
ϒ(4S)10579,420,5
ϒ(10860)10865110
ϒ(11020)1101979

Istnieje też nie potwierdzone na razie doniesienie o odkryciu orbitalnie wzbudzonego stanu, nazwanego ϒ(1D), o masie 10161 MeV/c2[2].

Spis treści

Historia odkrycia i badań

Wykres masy niezmienniczej pary mionów w eksperymencie E288. "Górka" nieco poniżej 10 GeV pochodzi z rozpadu mezonu ϒ.

Cząstka została odkryta w roku 1977 [3] w Fermilabie przez zespół E288 pracujący pod kierunkiem Leona Ledermana . Eksperyment analizował produkty zderzeń wysokoenergetycznych protonów z tarczami z ciężkich metali ( miedź , platyna ), wykrywając wyprodukowane w zderzeniu miony i mierząc ich pędy . Na wykresie masy niezmienniczej pary mionów zaobserwowano zwiększoną liczbę przypadków przy masie około 9,5 GeV/c2. Nadmiar ten został zinterpretowany jako efekt produkcji nowej cząstki i jej niemal natychmiastowego rozpadu:

\Upsilon\rightarrow\mu^+\mu^-.

„Oops-Leon”

Powyższe odkrycie nie było pierwszym doniesieniem o cząstce nazwanej ϒ. W styczniu 1976 roku ten sam zespół eksperymentu E288 dosiósł o odkryciu nowej cząstki o masie około 6 GeV/c2[4]. Doniesienie opierało się na analizie masy niezmienniczej par elektron - pozyton produkowanych w zdarzeniach protonów z tarczą berylową .

rozkład masy niezmienniczej par elektron-pozyton z pracy[4]

Na wykresie zaobserwowano tendencję do grupowania się przypadków w okolicy 6 GeV. Prawdopodobieństwo przypadkowego zgrupowania przypadków w taki sposób zostało oszacowane na poniżej 2%, zespół zdecydował się więc na publikację odkrycia.

W ciągu następnych miesięcy, po zebraniu dalszych danych, okazało się, że zgrupowanie było jednak dziełem takiego mało prawdopodobnego przypadku. Zespół musiał wycofać doniesienie. Nieistniejąca „cząstka” została żartobliwie nazwana „Oops-Leon” – co jest grą słów wokół imienia lidera zespołu, a jednocześnie w angielskiej wymowie brzmi podobnie do „Upsilon”[5].

Historia ta przyczyniła się prawdopodobnie do opóźnienia ogłoszenia rzeczywistego odkrycia cząstki ϒ: już w listopadzie 1976 zespół E288 widział zgrupowanie przypadków wokół 9,5 GeV[5], bardziej statystycznie znaczące niż „Oops-Leon”. Zdecydowano jednak, by zaczekać z ogłoszeniem na wyniki planowanych na pierwsze półrocze roku 1977 pomiarów przy większej intensywności wiązki. Dopiero gdy ten pomiar potwierdził istnienie cząstki, zespół zdecydował się na publikację odkrycia.

Eksperymenty elektron-pozyton

Zderzenia elektronów z pozytonami (e+e) są idealną metodą produkcji i badania własności stanów kwarkonium. Wirtualny foton powstały w anihilacji elektronu i pozytonu może rozpaść się na parę kwark-antykwark, o ile tylko jego energia jest dostatecznie wysoka dla wyprodukowania takiej pary. Jeżeli przy tym powstająca para może utworzyć stan związany (kwarkonium), następuje rezonansowe zwiększenie przekroju czynnego na zderzenie elektron-pozyton. Zmieniając energię zderzających się cząstek i mierząc przekrój czynny, można obserwować stany kwarkonium i precyzyjnie mierzyć ich masy.

Krótko po ogłoszeniu odkrycia w roku 1978 pracujący w DESY akcelerator DORIS został pospiesznie zmodyfikowany, by jego wiązki mogły osiągnąć energię 5 GeV. Pracujące przy nim eksperymenty PLUTO i DASP szybko odnalazły rezonans ϒ i zmierzyły jego parametry. W kilka miesięcy później odkryto drugi stan, ϒ ’ (obecnie oznaczany ϒ(2S))[6]. Dopiero te pomiary jednoznacznie potwierdziły, że ϒ rzeczywiście jest cząstką zbudowaną z nowej generacji kwarków[7]. W roku 1979 uruchomiony został nowy pierścień akumulacyjny CESR na Uniwersytecie Cornella . Szybko potwierdził odkrycia DORIS i odkrył kolejne dwa stany wzbudzone[8].

Przez następne kilkanaście lat DORIS i CESR prowadziły badania w obszarze energetycznym odpowiadającym rezonansom ϒ. Ich efektem były m.in.:

  • odkrycie znanego obecnie spektrum stanów ϒ;
  • dokładne wyznaczenie mas i szerokości wszystkich stanów;
  • odkrycie innych stanów spinowych układu bb, nazwanych χb.
Cząstki elementarne
leptony
e μ τ
νe νμ ντ
kwarki
u c t
d s b
nośniki oddziaływań
γ Z0 gluon g
hadrony
mezony
π K J/ψ
Υ B D
bariony
p n Λ
Σ Ξ Ω
bozony
fermiony


Wykorzystanie

Ciężkie kwarkonia, a więc w szczególności i cząstka ϒ, stanowią doskonałe laboratorium do sprawdzania przewidywań chromodynamiki kwantowej . Obliczone przez QCD energie stanów wzbudzonych są porównywane ze zmierzonymi, a wyniki wykorzystywane są do ulepszania metod obliczeniowych i wyznaczania parametrów teorii[9].

ϒ(4S)

Stan ϒ(4S) jest szczególnie interesujący z eksperymentalnego punktu widzenia, ponieważ jego masa jest minimalnie wyższa od podwojonej masy mezonu B . Dzięki temu ϒ(4S) rozpada się niemal w 100% na pary mezonów B[1]:

 \Upsilon(4S) \rightarrow B^+B^-

lub

 \Upsilon(4S) \rightarrow B^0\bar{B}^0 .

Rozpady ϒ(4S) stanowią bardzo „czyste” źródło mezonów B, umożliwiające precyzyjne badanie ich własności. Tak zwane „fabryki B” – akceleratory zbudowane specjalnie do badań nad tymi mezonami, pracują przy energii w układzie środka masy zderzających się cząstek równej masie tego stanu.

Przypisy

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 W.-M. Yao et al. (Particle Data Group) , J. Phys. G 33, 1 (2006) and 2007 partial update for the 2008 edition ( ang. )
  2. CLEO Collaboration (G. Bonvicini et al.), First observation of a ϒ(1D) state, Phys. Rev. D70 (2004) 032001, DOI: 10.1103/PhysRevD.70.032001 , arXiv : hep-ex/0404021 ( ang. )
  3. S. W. Herb et al., Observation of a Dimuon Resonance at 9.5 GeV in 400-GeV Proton-Nucleus Collisions, Phys. Rev. Lett. 39 (1977) 252, DOI: 10.1103/PhysRevLett.39.252 , preprint
  4. 4,0 4,1 D.C.Horn et al., Observation of High-Mass Dilepton Pairs in Hadron Collisions at 400 GeV, Phys. Rev. Lett. 36 (1976) 1236, DOI: 10.1103/PhysRevLett.36.1236 , preprint
  5. 5,0 5,1 J. Yoh, The Discovery of the b Quark at Fermilab in 1977: The Experiment Coordinator's Story , AIP Conf. Proc. 424 (1988) 29.
  6. J. K. Bienlein et al., Observation of a narrow resonance at 10.02 GeV in e+e annihilations, Phys. Lett. B 78 (1978) 360
    C. W. Darden et al., Evidence for a narrow resonance at 10.01 GeV in electron-positron annihilations, Phys. Lett. B 78 (1978) 364
  7. H.Schopper Launching DORIS II and ARGUS , prezentacja w DESY 09.11.2007
  8. K.Berkelman, A Personal History of CESR and CLEO , Cornell Univ. report CLNS 02/1784
  9. Donald H. Perkins: Wstęp do fizyki wysokich energii. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2005, ss. 104–110. . 


Inne hasła zawierające informacje o "Ypsilon (cząstka)":

Chemia ...

Rozpraszanie Rayleigha ...

Byt ...

Anarchizm kolektywistyczny ...

Pierwiastek chemiczny ...

Cień ...

Nukleony ...

Dziesięć najpiękniejszych eksperymentów z fizyki ...

Gilbert Newton Lewis ...

Magnetyczny moment dipolowy ...


Inne lekcje zawierające informacje o "Ypsilon (cząstka)":

203 Okres międzywojenny na świecie. Postęp techniczny i kryzys gospodarczy (plansza 3) ...

Wiązania chemiczne (plansza 15) ...

Przemiany jądrowe - promieniotwórczość naturalna (plansza 32) ...





Zachodniopomorskie Pomorskie Warmińsko-Mazurskie Podlaskie Mazowieckie Lubelskie Kujawsko-Pomorskie Wielkopolskie Lubuskie Łódzkie Świętokrzyskie Podkarpackie Małopolskie Śląskie Opolskie Dolnośląskie