Spodný kvark (kvark krásy) – vlastnosti, náboj a rozpady
Spodný kvark (kvark krásy): náboj −1/3, kľúčové vlastnosti, rozpady na charm/up kvarky a úloha v mezónoch B pri pochopení elementárnych častíc.
Spodné kvarky (nazývané aj kvarky krásy, angl. bottom alebo beauty, značka b) sú jedným zo šiestich druhov kvarkov. Patria medzi najťažšie známe elementárne častice — sú druhé najhmotnejšie po top kvarku — a spolu s nimi tvoria tretia generácia hmotných fermiónov štandardného modelu. Kvarky sú elementárne častice (teda častice, ktoré sa už nedajú rozdeliť) a sú viazané v hadrónoch v dôsledku farebnej sily (konfinenment), takže ich nelze pozorovať voľne.
Vlastnosti
- Náboj: majú elektrický náboj −1/3 e, rovnako ako dnové kvarky.
- Spin: majú spin 1/2 (sú fermióny).
- Hmotnosť: približne 4,18 GeV/c² (v závislosti od definície hmotnosti; hodnota v MSbar schéme), pri niektorých definíciách (pole mass) sa uvádza ~4,7–4,8 GeV/c².
- Antičastica: anti-spodný (anti-beauty) kvark má opačný náboj +1/3 e.
Rozpady a interakcie
Spodné kvarky sa rozpadajú prostredníctvom slabej sily. Typický rozpad prebieha cez vyžiarenie W bozónu, takže b kvark sa často mení na charm kvark (b → c W−) alebo priamo na up kvark (b → u W−), pričom následné rozpady W− vedú k leptónom alebo kvarkovým párům. Tieto procesy sú riadené elementmi CKM matice (napr. |V_cb|, |V_ub|), čo robí štúdium b-rozpadov dôležitým pre meranie parametrov štandardného modelu a pre hľadanie CP-porušení a nového fyziky.
V praxi sa kvarky nikdy nevyskytujú ako voľné častice; po produkcii sa hadronizujú do rôznych b-hadrónov, napríklad B mezónov (B0, B+, B_s), B baryónov (napr. Λ_b) alebo do upsilonových stavov (b b̄). Typické životnosti týchto b-hadrónov sú poradie picosekúnd — približne 1–1,6×10−12 s (1–1.6 ps), preto v experimentoch dávajú charakteristické posunuté vrcholy rozpadu (displaced vertices), čo uľahčuje ich identifikáciu.
Výskum a význam
- B kvarky zohrávajú kľúčovú úlohu pri štúdiu CP-porušenia a asymetrií medzi hmotou a antihmotou — preto boli postavené špecializované "B-factory" experimenty (napr. BaBar, Belle) a veľké experimenty na LHC (ATLAS, CMS, LHCb) sa venujú presným meraniam b-rozpadových režimov.
- Rozbory zriedkavých rozpadov b kvarkov slúžia ako citlivý test na prítomnosť novej fyziky za štandardným modelom (napr. nové častice ovplyvňujúce slučky v procesoch b → s ll).
- Produkcia b kvarkov prebieha pri vysokej energii v hadrónových zrážkach (Tevatron, LHC) alebo v e+e− zrážkach pri energiach zodpovedajúcich rezonančným stavom (napr. upsilon), a ich identifikácia často využíva sekundárne vrcholy spôsobené ich relatívne dlhou životnosťou.
Praktické poznámky
Pri opise rozpadov sa často uvádza, že všetky spodné kvarky sa nakoniec rozpadnú na ťažšie alebo ľahšie kvarky cez slabú interakciu; bežné koncové produkty sú uvedené vyššie. Časový rozsah rozpadov b kvarkov sa približuje hodnote okolo 10−12 s, čo zodpovedá pozorovaniam b-hadrónov v detektore. Štúdium týchto javov nám poskytuje hlboké informácie o štruktúre hmoty a interakciách na fundamentálnej úrovni.
Otázky a odpovede
Otázka: Čo sú to spodné kvarky?
Odpoveď: Spodné kvarky, známe aj ako kvarky krásy, sú elementárne častice a druhé najťažšie zo všetkých elementárnych častíc.
Otázka: Aký je náboj spodných kvarkov?
Odpoveď: Náboj spodných kvarkov je -1/3, čo je podobné ako u spodných kvarkov.
Otázka: V ktorých časticiach sa zvyčajne nachádzajú spodné kvarky?
Odpoveď: Spodné kvarky sa nachádzajú v časticiach, ako sú mezóny B.
Otázka: Sú spodné kvarky bežné?
Odpoveď: Nie, spodné kvarky nie sú veľmi bežné.
Otázka: Aký je čas rozpadu spodných kvarkov?
Odpoveď: Všetky spodné kvarky sa vplyvom slabej sily rozpadnú na charm-kvarky alebo up-kvarky približne za 10-12 sekúnd.
Otázka: Aký druh častíc sú všetky kvarky?
Odpoveď: Všetky kvarky sú elementárne častice.
Otázka: Aká je najťažšia zo všetkých elementárnych častíc?
Odpoveď: V danom texte sa neuvádza.
Prehľadať