Pohjakvarkki

pohjakvarkki
Symboli b
Rakenne Alkeishiukkanen
Perhe Fermioni
Ryhmä Kvarkit
Sukupolvi Kolmas
Vuorovaikutus Painovoima
Sähkömagneettinen
Vahva vuorovaikutus
Heikko vuorovaikutus[1]
Antihiukkanen pohja-antikvarkki
Löydetty teoreettisesti Makoto Kobayashi ja Toshihide Maskawa (1970)
Löydetty Fermilab (1977)
Sähkövaraus −⅓ e[1]
Värivaraus on
Spin ½[1]
Infobox OK

Pohjakvarkki (engl. beauty tai bottom; b-quark) eli kauniskvarkki on alkeishiukkanen ja yksi kuudesta kvarkkityypistä. Vastaava antihiukkanen on pohja-antikvarkki. Pohjakvarkin massa on kaikista kvarkeista toiseksi suurin, ja se on raskain kvarkki, joka muodostaa hadronin. Se ei kuulunut alkuperäisen kvarkkimallin ennustamiin hiukkasiin, vaan sen ominaisuudet esitettiin teoreettisesti 1973 selittämään CP-symmetrian rikkoutumista. Ensimmäinen pohjakvarkki löydettiin 1977.

Ominaisuudet

Pohjakvarkin spin on 1/2 ja baryoniluku 1/3, kuten kaikilla muillakin kvarkeilla. Lisäksi pohjakvarkilla isospin I3 on 0 ja sähkövaraus –1/3e. Siihen liittyy oma kauneudeksi kutsuttu kvanttiluku, jonka arvoksi kvarkille on määritelty –1.[2] Kauneus määritellään kaavalla B = –[(pohjakvarkkien lukumäärä) – (pohja-antikvarkkien lukumäärä)].[3] Pohjakvarkki kuuluu samaan kvarkkiduplettiin huippukvarkin kanssa.[2] Pohjakvarkin massa on noin 4 000–4 500 MeV, mikä tekee siitä yli neljä kertaa protonia raskaamman ja selvästi raskaamman kuin neljä kevyempää kvarkkia.[3]

Suuren massansa vuoksi pohjakvarkin elinikä on vain 1,3 · 10-12 sekuntia.[4] Se on raskain kvarkki, joka pystyy muodostamaan hadronin[2]. Pohjakvarkin suuren massan vuoksi pohjakvarkista ja sen antikvarkista muodostuvat bottomium-mesonitilat ovat yhdessä lumokvarkin vastaavien tilojen kanssa tärkeitä kvarkkien välisen voiman tutkimuskohteita, sillä suhteellisuusteoreettisia vaikutuksia ei tarvitse niiden kohdalla huomioida. Lisäksi heikossa vuorovaikutuksessa tapahtuva kvarkkitilojen sekoittuminen eli kvarkkien muuttuminen toisikseen on pohjakvarkin tapauksessa olemattoman vähäistä.[3] Pohja-kvarkin hajotessa syntyy outokvarkki sekä virtuaalisen W--bosonin kautta muodostuu elektroni ja elektronin antineutriino.[4]

Tutkimus

Pohjakvarkki ei kuulu alkuperäisen kvarkkimallin ennustamiin hiukkasiin, ja sen ominaisuudet johdettiin teoreettisesti 1973, lähes kymmenen vuotta alkuperäisen mallin jälkeen, selittämään CP-symmetrian rikkoutumista tietyissä hiukkasreaktioissa. Ensimmäinen todistettavasti pohja-kvarkin sisältävä hiukkanen, bottomium-mesoni ypsilon, löydettiin 1977.[2] Nykyisin pohjakvarkin sisältäviä hiukkasia tunnetaan useita. Ne ovat kaikki varsin lyhytikäisiä ja useimmat mesoneita. Näistä vuonna 2011 havaittu χb(3P) -niminen mesonitila oli ensimmäinen LHC-kiihdyttimellä löydetty hiukkanen.[5] Hiukkasia, jotka sisältävät pohjakvarkin etsitään yleisesti pohja-taggingiksi kutsutulla menetelmällä, joka perustuu hiukkaskiihdyttimessä aiheutetussa törmäyksessä syntyvien tietynlaisten hadronisuihkujen etsimiseen.[6][7]

Koska kvarkkidupletteja tunnettiin aikaisemmin vain kaksi (ylös- ja alaskvarkkien dupletti sekä lumo- ja outokvarkkien dupletti), hiukkasen teorian kehittäneet Makoto Kobayashi ja Toshihide Maskawa saivat Nobelin fysiikanpalkinnon vuonna 2008 kolmannen kvarkkidupletin olemassaolon ennustamisesta.[8]

Lähteet

  • Schumm, Brian A.: Syvällä asioiden sydämessä: Hiukkasfysiikan kauneus. Suomentanut Kimmo Pietiläinen. The Johns Hopkins University Press, 2004. ISBN 952-5202-91-7.

Viitteet

  1. ↑ a b c Schumm 2004, s. 135
  2. ↑ a b c d Jukka Maalampi, Tapani Perko: Lyhyt modernin fysiikan johdatus, 4. korjattu painos, s. 184–187. Helsinki: Limes ry, 2006. ISBN 951-745-213-6. (suomeksi)
  3. ↑ a b c Antti Hakola: Ydin- ja alkeishiukkasfysiikka, Raportti TKK-F-B204, ISBN 978-951-22-9178-6, luku 7 (Arkistoitu – Internet Archive)
  4. ↑ a b HyperPhysics: Kvarkit (englanniksi)
  5. ↑ http://arxiv.org/abs/1112.5154v4
  6. ↑ http://www2.uni-wuppertal.de/FB8/groups/Teilchenphysik/Seminar/TopSeminar_WS05-06/btagging-algs.pdf (Arkistoitu – Internet Archive)
  7. ↑ http://profmattstrassler.com/articles-and-posts/particle-physics-basics/the-known-apparently-elementary-particles/jets-the-manifestation-of-quarks-and-gluons/b-tagging-identifying-jets-from-bottom-quarks/
  8. ↑ http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2008/index.html

Aiheesta muualla

  • John Yoh (1997) "The Discovery of the b Quark at Fermilab in 1977: The Experiment Coordinator's Story". Proceedings of Twenty Beautiful Years of Bottom Physics. Fermilab (englanniksi)
  • Particle Data Group: Summary of Quarks (englanniksi)
Alkeishiukkaset
Hiukkasfysiikan standardimallin mukaan alkeishiukkasia ovat kvarkit, leptonit ja bosonit
Hiukkasfysiikan standardimallin mukaan alkeishiukkasia ovat kvarkit, leptonit ja bosonit
Fermionit
Kvarkit

- ylöskvarkki (u)
- ylös-antikvarkki (u)
- alaskvarkki (d)
- alas-antikvarkki (d)
- lumokvarkki (c)
- lumo-antikvarkki (c)
- outokvarkki (s)
- outo-antikvarkki (s)
- huippukvarkki (t)
- huippu-antikvarkki (t)
- pohjakvarkki (b)
- pohja-antikvarkki (b)

Leptonit

e− · e+ · μ− · μ+ · τ− · τ+ · ve  · ve · vμ  · vμ · vτ  · vτ

Bosonit
Mittabosonit

γ · g · W± · Z

Skalaaribosonit

H0

Hypoteettiset
Superpartnerit

Aksiino · Chargiino · Fotiino · Gluiino · Gravitiino · Higgsiino · Neutraliino · Sfermionit

Muut

A0 · Dilatoni · G · m · Majoroni · Takyoni · W'  · Z' · X · Y · Steriili neutriino · Preoni

Yhdistelmähiukkaset
Hadronit
Baryonit

N (p · n) Δ · Λ · Σ · Ξ · Ω

Mesonit

π · ρ · η · η′ · φ · ω · J/ψ · ϒ · θ · K · B · D · T

Muut

Atomi · Atomiydin · Dikvarkki · Eksoottinen atomi (Positronium · Myonium · Tauonium) · Molekyyli · Pentakvarkki · Tetrakvarkki

Hiukkaslöytöjen aikajana