Šarmový kvark (c): definícia, vlastnosti a objav J/ψ
Šarmový kvark (c): definícia, vlastnosti a príbeh objavu J/ψ — náboj, spin, výskyt v mezónoch a význam novembrovej revolúcie vo fyzike častíc.
Šarmový kvark (c), často označovaný aj ako čarovný kvark alebo kvark c, je jedným zo šiestich základných kvarkov štandardného modelu. Patrí do druhej generácie kvarkov a je približne tretí najhmotnejší zo šiestich. Rovnako ako všetky kvarky sa považuje za elementárnu časticu, teda za časticu bez vnútornnej štruktúry. Elektrický náboj šarmového kvarku je +2/3 e (rovnako ako u kvarku up) a má spin 1/2, takže ide o fermión. Šarmové kvarky sú nositeľmi farebného náboja a podliehajú silnej, elektromagnetickej aj slabej interakcii.
Vlastnosti a hmotnosť
Šarmový kvark má relatívne veľkú hmotnosť v porovnaní s kvarkami ľahkej generácie; jeho hmotnosť sa udáva približne na úrovni ~1,27 GeV/c² (porovnateľne s niekoľkými rádmi stotisícnásobku hmotnosti elektrónu). Vďaka svojej hmotnosti a kvantovým číslam vytvára špecializované hadróny (častice zložené z kvarkov), medzi ktoré patria:
- D mezóny (napr. D0 = cū, D+ = cd̄),
- charmonium — viazané stavy c c̄, z ktorých najznámejší je J/ψ,
- charmské baryóny (napr. Λc = udc).
Vznik, rozpad a detekcia
Šarmové kvarky sa bežne nevyskytujú v bežnej hmote, ale vznikajú pri vysokých energiách, napríklad pri zrážkach častíc v urýchľovačoch alebo pri niektorých vysokoodberných astrofyzikálnych javoch. Vytvárajú sa pri procesoch silnej interakcie a následne sa hadronizujú do charmových hadrónov. Tieto hadróny sú stavy viazané silnou interakciou a potom zvyčajne rozpadávajú cez slabú interakciu na ľahšie častice. Typické životnosti D mezónov sú veľmi krátke (poradie 10^−13 – 10^−12 s), čo však stačí na vytvorenie mierne posunutých vrcholov rozpadu detekovateľných modernými detektormi (metóda „displaced vertices“).
Objav J/ψ a novembrová revolúcia
Prelomovým okamihom v histórii šarmového kvarku bol objav mezónu J/ψ v novembri 1974. Dva nezávislé tímy — Samuel C. C. Ting v Brookhavene (častica pomenovaná „J“) a Burton Richter na urýchľovači SPEAR v SLAC (označená „ψ“) — objavili veľmi úzky rezonančný stav pri hmotnosti približne 3,096 GeV/c². Spojením pomenovaní vzniklo označenie J/ψ. Tento objav (nazvaný „novembrová revolúcia“) poskytol presvedčivý dôkaz existencie šarmového kvarku a výrazne posunul vývoj kvarkového modelu a kvantovej chromodynamiky (QCD). Za objav J/ψ získali Ting a Richter v roku 1976 Nobelovu cenu za fyziku.
Význam v teórii a experimentoch
Povaha a vlastnosti šarmového kvarku zohrávajú dôležitú úlohu pri vysvetľovaní slabých procesov medzi rôznymi generáciami kvarkov; jeho zavedenie do modelu pomohlo vyriešiť problémy s narušením neutralných tokov (GIM mechanizmus). V experimentoch sú štúdie charmových hadrónov cenné pre testovanie QCD, meranie CKM matice (parametrov opisujúcich miešanie kvarkov pri slabých interakciách) a pri hľadaní nových fyzikálnych javov mimo Štandardného modelu.
Ďalšie poznámky
Charmské kvantové číslo (charm) je pri silných a elektromagnetických interakciách zachované, pri slabých interakciách však môže byť zmenené. Typické techniky identifikácie charmových častíc zahŕňajú rekonštrukciu invariantnej hmotnosti z produktov rozpadu a vyhľadávanie posunutých vrcholov rozpadu v detektoroch s vysokým priestorovým rozlíšením.
Objavy súvisiace so šarmovým kvarkom a J/ψ výrazne rozšírili naše chápanie vnútornej štruktúry hmoty a sú dodnes predmetom intenzívneho experimentálneho aj teoretického výskumu.
Otázky a odpovede
Otázka: Čo sú to charizmatické kvarky?
Odpoveď: Čarovné kvarky sú jedným zo šiestich typov kvarkov, ktoré sa považujú za elementárne častice a nedajú sa rozdeliť. Majú náboj +2/3 a spin 1/2.
Otázka: Aká je hmotnosť charmových kvarkov?
Odpoveď: Čarovné kvarky sú tretie najhmotnejšie zo šiestich kvarkov.
Otázka: Kde možno nájsť charmové kvarky?
Odpoveď: Charm kvarky možno nájsť v časticiach vytvorených v urýchľovačoch častíc, ako sú J/ψ mezóny, D mezóny a iné charmované častice.
Otázka: Sú charm-kvarky v prírode bežné?
Odpoveď: Čarujúce kvarky nie sú veľmi bežné.
Otázka: Aký význam má objavenie charmových kvarkov a J/ψ mezonov?
Odpoveď: Objavenie charmových kvarkov a J/ψ mezonov viedlo k rýchlemu radu vedeckých objavov známych ako novembrová revolúcia.
Otázka: Aký je náboj charmových kvarkov?
Odpoveď: Charmové kvarky majú náboj +2/3, čo je podobné ako náboj up kvarkov.
Otázka: Aké častice sú charm-kvarky?
Odpoveď: Charm-kvarky sú fermióny, čo sú častice, ktoré nemôžu mať viac ako jednu takúto časticu na rovnakom mieste v rovnakom čase.
Prehľadať