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참 쿼크

Charm quark
참 쿼크
구성.기본입자
통계페르미온
가족쿼크
시대둘째
상호작용강한, 전자기적, 약한, 중력
기호.

반입자참 안티마크 (
c
)
이론화된제임스 비오켄 & 셸던 글래쇼 (1964)
셸던 글래쇼, 존 일리오풀로스, 루치아노 마이아니 (1970)
발견된
덩어리1.27±0.02 GeV/c2
전하+ 2/3e
색전하네.
스핀1/2
약한 아이소스핀LH: +1/2, RH: 0
약한 과전하LH: +1/3, RH: +4/3

매력 쿼크, 매력 쿼크, 또는 c 쿼크는 2세대기본 입자입니다.2022년 기준 질량 1.27±0.02 GeV/c2, 전하량 +2/3 e로 세 번째로 무거운 쿼크입니다.매력을 지니고 있어요 양자수죠.매력 쿼크는 J/psi 중간자매력 중입자와 같은 강입자에서 발견됩니다.W와 Z 보손힉스 보손을 포함한 여러 보손들은 매력 쿼크로 붕괴될 수 있습니다.

1964년 제임스 비요켄셸던 글래쇼가 매력 쿼크를 처음 예측했고, 1970년 글래쇼, 일리오풀로스, 루치아노 마이아니가 다시 예측했습니다.1974년 브룩헤이븐 국립 연구소스탠포드 선형 가속기 센터의 J/psimeson을 통해 별도로 발견되었습니다.다음 몇 년 동안, D 중간자와 매력적인 이상한 중간자를 포함하여, 몇 개의 매력적인 입자들이 발견되었습니다.

21세기에, 두 개의 매력적인 쿼크를 포함하는 중입자가 발견되었습니다.양성자에 고유 참 쿼크가 존재한다는 최근의 증거가 있으며 참 쿼크와 힉스 보손의 결합이 연구되었습니다.최근의 증거는 또한 매력 쿼크를 포함하는 D 중간자의0 붕괴에서 CP 위반을 나타냅니다.

작명

셸던 글래쇼에 따르면, 매력 쿼크는 "아핵 [1][2]세계에 가져온 대칭" 때문에 그 이름을 얻었습니다.글래쇼는 또한 매력 쿼크를 추가하면 그 [1]당시 3쿼크 이론에서 원하지 않는 보이지 않는 붕괴를 막을 수 있기 때문에 그 이름을 "악을 피하는 마법의 장치"라고 정당화했습니다.매력 쿼크는 학문적 맥락과 비학문적 [3][4][5]맥락 모두에서 "매력 쿼크"라고도 불립니다.매력 쿼크의 기호는 "c"[6]입니다.

역사

배경

1961년, 머레이 겔만은 중입자[7]중간자를 그룹화하는 패턴으로서 팔배법을 도입했습니다.1964년, 겔만과 조지 츠바이크는 독자적으로 모든 강입자가 기본 구성으로 구성되어 있다고 제안했고, 겔만은 이를 "쿼크"[8]라고 불렀습니다.처음에는 쿼크, 아래 쿼크, 기묘 쿼크만 [9]제안되었습니다.이 쿼크들은 모든 입자들을 [10]팔분법으로 만들어낼 것입니다.1953년에 겔만과 니시지마 가즈히코[11]Δ나 Δ같은

이상한 입자를 포함하는 과정을 설명하기 위해 양자수인 기묘수를 확립했습니다.

이론적 예측

GIM 메커니즘은 과정에 매력 쿼크(c)를 포함시킴으로써 K0
의 뮤온으로 붕괴되는 희귀성을 설명합니다.

1964년 제임스 비요켄과 셸던 글래쇼는 "매력"[12]을 새로운 양자수로 이론화했습니다.당시에는 전자, 뮤온, 그리고 각각의 중성미자인 네 의 렙톤이 알려져 있었지만, 겔만은 처음에는 세 개의 [2]쿼크만을 제안했습니다.따라서 비요켄과 글래쇼는 그들의 [13]이론으로 렙톤과 쿼크 사이의 유사성을 확립하기를 희망했습니다.글래쇼에 따르면, 이 추측은 "미학적 논쟁"[1]에서 비롯되었다고 합니다.

1970년, 글래쇼, 존 일리오풀로스, 루치아노 마이아니는 매력 양자수[14][15]의해 알려진 세 개의 쿼크와 다른 새로운 쿼크를 제안했습니다.그들은 또한 "유혹 입자"의 존재를 예측하고 그것들을 [16]실험적으로 생산하는 방법에 대해 제안했습니다.그들은 또한 매력적인 쿼크가 약한 [17]힘과 전자기력의 통일을 촉진하는 메커니즘, 즉 GIM 메커니즘을 제공할 수 있다고 제안했습니다.

1974년 4월 실험적 중간자 분광학 회의(EMS)에서 글래쇼는 "매력: 발명이 발견을 기다립니다"라는 제목의 논문을 발표했습니다.글래쇼는 중성 전류가 존재할 가능성이 높기 때문에 특정 [18]카온의 붕괴의 희귀성을 설명하기 위해 네 번째 쿼크가 "매우 필요하다"고 주장했습니다.그는 매력 [19]쿼크의 특성에 대해서도 여러 가지 예측을 했습니다.그는 1976년 다음 EMS 회의에서 다음과 같은 내기를 걸었습니다.

가능성은 세 가지뿐입니다.

  1. 매력을 찾지 못하고 모자를 먹습니다.
  2. 매력은 하드론 분광기에 의해 발견되고 우리는 축하합니다.
  3. 매력은 이방인들이 [a]발견하고 모자는 [19]먹어 치웁니다.

1974년 7월, 17차 고에너지 물리학 국제 회의에서 일리오풀로스는 다음과 같이 말했습니다.

저는 이미 중성 해류에 베팅하여 와인 몇 병을 이겼고, 만약 이 회의의 약한 상호작용 세션이 중성 해류의 발견에 의해 지배된다면, 다음 회의 전체가 매력적인 [21]입자의 발견에 의해 지배될 것이라는 전체 사례를 지금 확신할 준비가 되어 있습니다.

디스커버리

글래쇼는 양성자의 아래 쿼크가 W+
흡수하여 매력 쿼크가 될 수 있다고 예측했습니다.
그러면 양성자는 람다 중입자를 포함한 여러 입자로 붕괴되기 전에 매력적인 중입자로 변환될 것입니다.1974년 5월말 로버트 팔머와 니콜라스 P. SamiosBrookhaven [22]National Laboratory에서 버블 챔버로부터 람다 중입자를 생성하는 사건을 발견했습니다.파머가 람다 중입자가 매력적인 [23]입자에서 나온 것이라고 확신하는 데는 몇 달이 걸렸습니다.버블 챔버의 자석은 1974년 10월에 실패했고 그들은 같은 사건을 [18]겪지 않았습니다.그 두 과학자들은 1975년 [24][25]초에 그들의 관찰 결과를 발표했습니다.마이클 리오단(Michael Riordan)은 이 사건이 "모호하다"며 "고무적이지만 설득력 있는 [26]증거는 아니다"라고 말했습니다.

J/psimeson (1974)

1974년 사무엘 C. C. Ting은 Brookhaven National Laboratory (BNL)[27]에서 매력적인 입자를 찾고 있었습니다.그의 팀은 전자쌍 [28]감지기를 사용하고 있었습니다.8월 말까지, 그들은 3.1 GeV에서 피크를 발견했고 신호의 폭은 5 [29]MeV보다 작았습니다.연구팀은 결국 그들이 거대한 입자를 관찰했다고 확신했고 그것을 "J"라고 이름 지었습니다.Ting은 1974년 10월에 자신의 발견을 발표하는 것을 고려했지만 μ/μ/[30]μ 비율에 대한 우려 때문에 발표를 연기했습니다.

버튼 리히터의 팀은 1974년 11월 9일부터 10일까지 스탠포드 선형 가속기 센터(SLAC)에서 실험을 수행했습니다.그들은 또한 3.1 GeV에서 높은 상호작용 확률을 발견했습니다.그들은 그 입자를 "psi"라고 불렀습니다. 1974년 11월 11일, 리히터는 SLAC에서 [32]팅을 만났고, 그들은 그들의 [33]발견을 발표했습니다.

이론가들은 즉시 이 새로운 [34]입자를 분석하기 시작했습니다.10초 규모로−20 수명이 있는 것으로 나타나 특별한 [31][35]특징을 제시했습니다.토마스 아펠퀴스트데이비드 폴리처는 입자가 매력 쿼크와 매력 반쿼크로 구성되어 있으며 스핀이 평행하게 정렬되어 있다고 제안했습니다.둘은 이 구성을 "카모늄"[34]이라고 불렀습니다.카르모늄은 두 쿼크의 스핀이 평행한 오르토차르모늄과 두 쿼크의 스핀이 [36]반대로 정렬되는 파라카르모늄의 두 가지 형태를 갖습니다.머레이 겔만 또한 카모니움에 [37]대한 생각을 믿었습니다.리차드 파인만과 같은 다른 이론가들은 처음에 이 새로운 입자가 매력적인 [34]반쿼크를 가진쿼크로 구성되어 있다고 생각했습니다.

1974년 11월 15일, 팅과 리히터는 자신들의 [38]발견에 대한 보도자료를 발표했습니다.11월 21일 SLAC에서 스피어는 마틴 브레이든바흐와 테렌스 골드만이 [38]예측한 대로 3.7 GeV에서 J/psi 입자의 공명을 발견했습니다.이 입자는 π' ("psi-prime")[39]라고 불립니다.11월 말, 아펠퀴스트와 폴리처는 카모니움을 이론화한 논문을 발표했습니다.Glashow와 Alvaro De Rujula는 J/psimeson의 [40]특성을 설명하기 위해 매력 쿼크와 점근 자유를 사용한 "Bound Cham"이라는 논문을 발표했습니다.

결국 1974년 12월 2일, 물리학 리뷰 레터스(PRL)는 Ting과 Richter가[42] 각각[41] [40]J와 psi의 발견 논문을 발표했습니다.psi-prime의 발견은 그 [40]다음주에 발표되었습니다.1975년 1월 6일, PRL은 J/psi 입자에 대한 [25]9개의 이론적 논문을 발표했습니다.1976년에 팅과 리히터는 "새로운 [43]종류의 무거운 기본 입자"를 발견한 공로로 노벨 물리학상을 공동 수상했습니다.

1976년 8월, 뉴욕 타임즈에서 글래쇼는 자신의 내기를 회상하며 "존 [일리오풀로스]의 와인과 모자는 [1]때마침 저장되었다"고 언급했습니다.다음 EMS 컨퍼런스에서는 분광기 전문가들이 주최 [44][45]측에서 제공한 멕시코 캔디 모자를 먹었습니다.프랭크 클로즈는 같은 해 네이처지에 "일리오풀로스가 내기에서 이겼다"라는 제목의 기사를 기고하며, 18번째 ICEP가 "그 [17]발견에 의해 사실상 지배되었다"고 말했습니다.아무도 일리오풀로스에게 [46][33]돈을 갚지 않았습니다.

기타 매력입자 (1975-1977)

1975년 4월, Palmer와 Samios를 포함한 E. G. Cazzoli 등은 매혹된 [24]중입자에 대한 초기의 모호한 증거를 발표했습니다.1975년 8월 렙톤-광자 심포지엄 때까지 8개의 새로운 무거운 입자가 [47]발견되었습니다.그러나 이 입자들은 총 [48]매력이 전혀 없습니다.그 해 4분기부터 물리학자들은 그물, 즉 "벌거벗은"[49] 매력을 가진 입자를 찾기 시작했습니다.

1976년 5월 3일 SLAC에서 Gerson Goldhaber와 François Pierre는 1.87 GeV 피크를 발견하였는데, 이는 Glashow의 예측에 따르면 중성적인 매력을 가진 D meson의 존재를 암시했습니다.5월 5일, 골드하버와 피에르는 "벌거벗은 매력"[50]을 발견한 것에 대한 공동 메모를 발표했습니다.제18회 고에너지 물리학 국제회의가 열렸을 때, 더 많은 매력적인 입자들이 발견되었습니다.리오단은 회의에서 매력 [51][52]쿼크의 존재를 확인하면서 "매력에 대한 확실한 증거가 세션마다 나타났다"고 말했습니다.그 매력적인 이상한 중간자는 [53][54]1977년에 발견되었습니다.

이후 및 현재의 연구

2002년, 페르미랩의 SELEX 공동 연구팀은 이중 매력을 가진 중입자 Ω+
cc
("double charmed xi+")[55]의 첫 번째 관측 결과를 발표했습니다.
그것은 두 개의 매력 쿼크를 포함하는 세 개의 쿼크 입자입니다.연구팀은 위 쿼크를 가진 이중 매력의 중입자가 아래 [56]쿼크를 가진 중입자보다 더 무겁고 더 높은 생산율을 가진다는 것을 발견했습니다.

2007년, BaBar와 Belle의 공동 연구는 각각 두 중성적인 매력을 가진 중간자0
D0
[57][58][59]D의 혼합에 대한 증거를 보고했습니다.
표준 [60]모형에서 예측하는 것처럼 혼합률이 작다는 증거가 확인되었습니다.두 연구 모두 두 매력 [57][58]입자의 붕괴 사이에서 CP 위반에 대한 증거를 발견하지 못했습니다.

2022년 NNPDF 공동 연구는 [61][62]양성자에서 고유 매력 쿼크의 존재에 대한 증거를 발견했습니다.같은 해 물리학자들은 강입자 [63]충돌기ATLAS 탐지기를 사용하여 힉스 보손 붕괴를 직접적으로 조사했습니다.그들은 힉스-매력 결합이 힉스-아래 [64]결합보다 약하다는 것을 밝혀냈습니다.2022년 7월 7일, LHCb 실험은 D 중간자가0 [65]파이온으로 붕괴되는 과정에서 CP 위반의 직접적인 증거를 발견했다고 발표했습니다.

특성.

매력 쿼크는 2세대 업타입 [3][59]쿼크입니다.매력을 지니고 있어[66]양자수죠.2022년 입자물리학 리뷰에 따르면, 매력을 가진 쿼크의 질량은 1.27±0.02 GeV/[b]c2, 전하량+2/3 e, 매력은 +[6]1입니다.매력 쿼크는 이상 쿼크보다 더 무겁습니다; 둘의 질량 사이의 비율은 약 11.76+0.05-0
.[6]10
입니다.

CKM 행렬은 [68]쿼크의 약한 상호작용을 설명합니다.2022년 현재, 매력 쿼크와 관련된 CKM 행렬의 값은 다음과 같습니다.[69]

위, 아래, 기묘하고 매력적인 쿼크를 반 회전으로 포함하는 중입자의 초다중체

매력 쿼크는 하나 또는 여러 개의 매력 쿼크를 포함하는 "열린 매력 입자" 또는 매력 쿼크와 매력 [59]반쿼크의 결합 상태인 카모늄 상태로 존재할 수 있습니다.D0
[70]D를 포함하여±
여러 개의 매력적인 중간자가 있습니다.
매력적인 중입자는 다양한 전하와 [71]공명을 가진 Δ, Δ
c
c
, Δ
c
, Δ
c 포함합니다.

생산과 부패

매력 쿼크를 포함하는 입자는 전자-양전자 충돌 또는 강입자 [72]충돌을 통해 생성될 수 있습니다.전자-양전자 충돌기는 서로 다른 에너지를 사용하여 psi 또는 upsilon 중간자를 [73]생성할 수 있습니다.강입자 충돌기는 더 높은 [c][76]단면에서 매력 쿼크를 포함하는 입자를 생성합니다.W 보손은 또한 매력 쿼크 또는 매력 [77]반쿼크를 포함하는 강입자로 붕괴될 수 있습니다.Z 보손은 매력 쿼크 [78]조각화를 통해 카모늄으로 붕괴될 수 있습니다.힉스 보손은 또한 같은 메커니즘을 통해 J
또는 π
c 붕괴될 수 있습니다.
힉스 보손이 카롬늄으로 붕괴되는 속도는 "매력 쿼크 유카와 커플링[79]의해 지배된다".

매력 쿼크는 약한 [59]붕괴를 통해 다른 쿼크로 붕괴될 수 있습니다.매력 쿼크는 또한 바닥 상태 카모늄 중간자의 [59]붕괴 동안 매력 반쿼크와 함께 소멸됩니다.

참고문헌

메모들

  1. ^ 리오단에 따르면, "외지인"이라는 단어는 "중성미자 산란을 하거나 저장 [20]고리의 전자 위치 충돌을 측정한 다른 종류의 물리학자들"을 의미합니다.
  2. ^ 입자 물리학 리뷰는 GeV/c2 [6]대신 GeV 단위를 사용합니다.이것은 입자 물리학이 빛의 속도[67]하나로 설정한 자연 단위를 사용하기 때문입니다.또한 이 질량은 최소 감산 방식(MS 방식)에서 "실행 중인"[6] 질량에 해당합니다.
  3. ^ 마크 톰슨(Mark Thomson)에 따르면, 입자 물리학의 단면[74]상호작용에 대한 양자역학적 확률의 척도입니다.이것은 목표 입자당 상호작용 속도와 입사 입자 [75]흐름 사이의 비율입니다.

인용문

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뉴스기사

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