Quark b: diferència entre les revisions

Quark b
Classificació	quark i partícula elemental
Composició	Partícula elemental
Grup	Quark
Generació	Tercera
Interaccions	Interacció dèbil, forta, electromagnètica i gravitatòria
Estat	Descoberta
Símbol	b
Antipartícula	Antiquark b b
Teorització	M. Kobayashi i T. Maskawa
Descoberta	Leon M. Lederman
Massa	4,19+0,18; −0,06 GeV/c² (Esquema MS); 4,67+0,18; −0,06 GeV/c² (Esquema 1S)
Càrrega elèctrica	−1⁄3 e
Càrrega de color	Blau, verd o vermell
Espín	1⁄2
Weak isospin projection	LH: −1⁄2, RH: 0
Hipercàrrega feble	LH: 1⁄3, RH: −2⁄3
Paritat	1
Número de partícula de Monte Carlo	5

Exploració interactiva de l'historial

← Edició anterior Edició següent →

Contingut suprimit Contingut afegit

VisualWikitext

En línia

Revisió del 09:42, 2 juny 2023

El quark b, també anomenat quark fons o quark bellesa (del seu nom anglès bottom o beauty), és un quark de tercera generació amb una càrrega elèctrica elemental de –⅓e, essent e la càrrega elemental, 1,602 × 10^–19 C. Malgrat que la cromodinàmica quàntica descriu tots els quarks de manera similar, el quark b té una massa força gran, al voltant de 4,20 GeV/c²,^[2] una mica més de quatre vegades la massa d'un protó (0,938 GeV/c²).

El quark b fou predit teòricament el 1973 amb els treballs dels físics japonesos Makoto Kobayashi (1944) i Toshihide Maskawa (1940-2021) per tal d'explicar la violació CP o violació de la conjugació de càrrega i de la paritat.^[3] La simetria CP es basa en la combinació de la simetria C i la simetria P. La primera afirma que les lleis de la física serien les mateixes si s'intercanvien les partícules amb les antipartícules. La simetria P afirma que les lleis de la física romandrien inalterades sota inversions especulars, és a dir, l'univers es comportaria igual que la seva imatge en un mirall. La interacció forta, la gravetat i l'electromagnetisme satisfan la simetria CP, però no així la interacció feble, la qual cosa es manifesta en certes desintegracions radioactives. La violació CP havia estat descoberta el 1964 pels físics estatunidencs James Cronin (1931-2016) i Val Fitch (1923-2015), els quals foren guardonats el Premi Nobel per aquest descobriment el 1980. Finalment, el quark b fou descobert el 1977 al Fermilab per l'equip dirigit pel físic estatunidenc Leon Max Lederman (1922-2018), quan observà que les col·lisions de protons contra nuclis atòmics de coure i de platí produïen bottomonium o mesó ípsilon.^[1]^[4]^[5] Aquest mesó es desintegrà seguidament en un muó positiu i un de negatiu:^[6]

p+N\longrightarrow \Upsilon +X,\quad \Upsilon \longrightarrow \mu ^{+}+\mu ^{-}

Kobayashi i Maskawa guanyaren el Premi Nobel de Física del 2008 per la seva explicació de la violació CP.^[7]^[8]

El nom de «fons» (bottom en anglès) fou introduït el 1975 pel físic teòric israelià Haim Harari (1940).^[9]^[10]

L'antipartícula del quark b és l'antiquark b, que només es diferencia perquè algunes de les seves propietats són d'igual magnitud, però de signe oposat, com la càrrega elèctrica que el quark b la té de –⅓e i l'antiquark b de +⅓e.

El quark b pot desintegrar-se o bé en un quark u o en un quark c (majoritària) mitjançant la interacció feble. Ambdues desintegracions tenen una vida mitjana d'uns 10^–12 s, superior a la dels quarks c (~10^–13 s), però inferior a la dels quarks s (de ~10^–10 a ~10^–8 s). La reacció és:

b\longrightarrow c+W^{-},\quad W^{-}\longrightarrow e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}

El bosó $W^{-}$ és un bosó virtual, que només existeixen dins del marc de temps permès pel principi d'incertesa de Heisenberg. El $W^{-}$ decau en un electró i un antineutrí electrònic, en un muó i un antineutrí muònic, en un tauó i un antineutrí tauònic, en un quark d i un antiquark u, o en un quark s i un antiquark c.^[11]

Per altra banda, la desintegració d'un quark t dona un quark b i un bosó $W^{+}$ :^[11]

t\longrightarrow b+W^{+}

Atès que la tercera generació de quarks és necessària a causa de la violació CP, els mesons que contenen el quark b són les partícules més fàcils d'usar per a investigar aquest fenomen; en aquest sentit, es duen a terme els experiments BaBar al Laboratori Nacional de l'Accelerador de Stanford (SLAC) i el japonès Belle del KEK.^[12] El quark b també és notable, ja que és un producte de gairebé totes les desintegracions dels quarks t, i també seria un producte de la desintegració del bosó de Higgs.

Mesons i barions amb quarks b

A més del mesó ípsilon $\Upsilon$ constituït per un quark b i un antiquark b ( $b{\bar {b}}$ ), el quark b i l'antiquark b són presents en una classe de partícules subatòmiques anomenades mesons B, que estan compostes per un quark b o un antiquark b juntament amb un quark lleuger (u, d o s) o un antiquark lleuger, o antiquarks lleugers, juntament amb el quark b o l'antiquark b. Alguns exemples dels mesons B més coneguts: B⁰ ( $b{\bar {d}}$ ), B⁺ ( $b{\bar {u}}$ ), B^– ( ${\bar {b}}d$ ), B_s ( $b{\bar {s}}$ ), B_c ( $bc,\,b{\bar {c}}$ ).^[13]

També hi ha barions, que estan composts per tres quarks, que contenen el quark b, són els barions B. Els més destacats són: $\Lambda _{b}^{0}$ ( $udb$ ), $\Xi _{b}^{0}$ ( $usb$ ), $\Xi _{b}^{-}$ ( $dsb$ ) i $\Omega _{b}^{-}$ ( $ssb$ ).^[14]

Vegeu també

Model de quarks.

Referències

↑ ^1,0 ^1,1 «Discoveries at Fermilab - Discovery of the Bottom Quark». Fermilab, 07-08-1997.
↑ ^2,0 ^2,1 ^2,2 K. Nakamura et al. (Particle Data Group). «PDGLive Particle Summary 'Quarks (u, d, s, c, b, t, b', t', Free)'». Particle Data Group, 2011.
↑ M. Kobayashi, T. Maskawa «CP-Violation in the Renormalizable Theory of Weak Interaction». Progress of Theoretical Physics, 49, 2, 1973, pàg. 652–657. Bibcode: 1973PThPh..49..652K. DOI: 10.1143/PTP.49.652. Arxivat 2008-12-24 a Wayback Machine.
↑ L.M. Lederman «Logbook: Bottom Quark». Symmetry Magazine, 2, 8, 2005.
↑ S.W. Herb et al. «Observation of a Dimuon Resonance at 9.5 GeV in 400-GeV Proton-Nucleus Collisions». Physical Review Letters, 39, 5, 1977, pàg. 252. Bibcode: 1977PhRvL..39..252H. DOI: 10.1103/PhysRevLett.39.252.
↑ Annual Review of Nuclear and Particle Science, 35, 1, 1985-12. DOI: 10.1146/nucl.1985.35.issue-1. ISSN: 0163-8998.
↑ 2008 Physics Nobel Prize lecture by Makoto Kobayashi
↑ 2008 Physics Nobel Prize lecture by Toshihide Maskawa
↑ H. Harari «A new quark model for hadrons». Physics Letters B, 57, 3, 1975, pàg. 265. Bibcode: 1975PhLB...57..265H. DOI: 10.1016/0370-2693(75)90072-6.
↑ K.W. Staley. The Evidence for the Top Quark. Cambridge University Press, 2004, p. 31–33. ISBN 9780521827102.
↑ ^11,0 ^11,1 Nave, R. «Decay Paths for Quarks». Hyperphysics. Georgia State University. [Consulta: 1r juny 2023].
↑ Bevan, A. J.; Golob, B.; Mannel, Th.; Prell, S.; Yabsley, B. D. «The Physics of the B Factories» (en anglès). The European Physical Journal C, 74, 11, 2014-11. DOI: 10.1140/epjc/s10052-014-3026-9. ISSN: 1434-6044.
↑ Nave, R. «Table of mesons». Hyperphysics. Georgia State University. [Consulta: 2 juny 2023].
↑ R.L. Workman et al. «Review of Particle Physics». Prog. Theor. Exp. Phys., 2022, 2022, pàg. 083C01. DOI: 10.1093/ptep/ptac097.

[FermiPress1977-1] 1,0 ^1,1 «Discoveries at Fermilab - Discovery of the Bottom Quark». Fermilab, 07-08-1997.

[PDG2011-2] 2,0 ^2,1 ^2,2 K. Nakamura et al. (Particle Data Group). «PDGLive Particle Summary 'Quarks (u, d, s, c, b, t, b', t', Free)'». Particle Data Group, 2011.

[KM-3] M. Kobayashi, T. Maskawa «CP-Violation in the Renormalizable Theory of Weak Interaction». Progress of Theoretical Physics, 49, 2, 1973, pàg. 652–657. Bibcode: 1973PThPh..49..652K. DOI: 10.1143/PTP.49.652. Arxivat 2008-12-24 a Wayback Machine.

[4] L.M. Lederman «Logbook: Bottom Quark». Symmetry Magazine, 2, 8, 2005.

[5] S.W. Herb et al. «Observation of a Dimuon Resonance at 9.5 GeV in 400-GeV Proton-Nucleus Collisions». Physical Review Letters, 39, 5, 1977, pàg. 252. Bibcode: 1977PhRvL..39..252H. DOI: 10.1103/PhysRevLett.39.252.

[6] Annual Review of Nuclear and Particle Science, 35, 1, 1985-12. DOI: 10.1146/nucl.1985.35.issue-1. ISSN: 0163-8998.

[7] 2008 Physics Nobel Prize lecture by Makoto Kobayashi

[8] 2008 Physics Nobel Prize lecture by Toshihide Maskawa

[9] H. Harari «A new quark model for hadrons». Physics Letters B, 57, 3, 1975, pàg. 265. Bibcode: 1975PhLB...57..265H. DOI: 10.1016/0370-2693(75)90072-6.

[10] K.W. Staley. The Evidence for the Top Quark. Cambridge University Press, 2004, p. 31–33. ISBN 9780521827102.

[:0-11] 11,0 ^11,1 Nave, R. «Decay Paths for Quarks». Hyperphysics. Georgia State University. [Consulta: 1r juny 2023].

[12] Bevan, A. J.; Golob, B.; Mannel, Th.; Prell, S.; Yabsley, B. D. «The Physics of the B Factories» (en anglès). The European Physical Journal C, 74, 11, 2014-11. DOI: 10.1140/epjc/s10052-014-3026-9. ISSN: 1434-6044.

[13] Nave, R. «Table of mesons». Hyperphysics. Georgia State University. [Consulta: 2 juny 2023].

[14] R.L. Workman et al. «Review of Particle Physics». Prog. Theor. Exp. Phys., 2022, 2022, pàg. 083C01. DOI: 10.1093/ptep/ptac097.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

@@ Línia 82: / Línia 82: @@
 El quark b pot desintegrar-se o bé en un [[quark u]] o en un [[quark c]] (majoritària) mitjançant la [[interacció feble]]. Ambdues desintegracions tenen una vida mitjana d'uns 10<sup>–12</sup> s, superior a la dels [[Quark c|quarks c]] (~10<sup>–13</sup> s), però inferior a la dels [[Quark s|quarks s]] (de ~10<sup>–10</sup> a ~10<sup>–8</sup> s). La reacció és:<math display="block">b \longrightarrow c + W^-, \quad W^- \longrightarrow e^- + \bar{\nu}_e</math>
+[[Fitxer:KEK Belle II detector P9024812.jpg|miniatura|El detector de l'experiment Belle.]]
 El bosó <math>W^-</math> és un bosó virtual, que només existeixen dins del marc de temps permès pel [[principi d'incertesa de Heisenberg]]. El <math>W^-</math> decau en un [[electró]] i un [[antineutrí electrònic]], en un [[muó]] i un antineutrí muònic, en un [[tauó]] i un antineutrí tauònic, en un [[quark d]] i un [[antiquark u]], o en un [[quark s]] i un [[antiquark c]].<ref name=":0">{{Ref-web|títol=Decay Paths for Quarks|url=http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/Particles/qrkdec.html#c1|consulta=2023-06-01|editor=Georgia State University|nom=R.|cognom=Nave|obra=Hyperphysics}}</ref>
@@ Línia 89: / Línia 89: @@
 <math display="block">t \longrightarrow b + W^+</math>
-Atès que la tercera generació de quarks és necessària a causa de la [[violació CP]], els [[Mesó B|mesons]] que contenen el quark b són les [[Partícula elemental|partícules]] més fàcils d'usar per a investigar aquest fenomen; en aquest sentit, es duen a terme els experiments ''[[BaBar]]'' i ''[[Belle (experiment)|Belle]]''. El quark b també és notable, ja que és un producte de gairebé totes les desintegracions dels [[quark cim|quarks t]], i també seria un producte de la desintegració del [[bosó de Higgs]].
+Atès que la tercera generació de quarks és necessària a causa de la [[violació CP]], els [[Mesó B|mesons]] que contenen el quark b són les [[Partícula elemental|partícules]] més fàcils d'usar per a investigar aquest fenomen; en aquest sentit, es duen a terme els experiments [[BaBar]] al Laboratori Nacional de l'Accelerador de Stanford (SLAC) i el japonès [[Belle (experiment)|Belle]] del [[KEK]].<ref>{{Ref-publicació|article=The Physics of the B Factories|url=http://link.springer.com/10.1140/epjc/s10052-014-3026-9|publicació=The European Physical Journal C|data=2014-11|issn=1434-6044|volum=74|exemplar=11|doi=10.1140/epjc/s10052-014-3026-9|llengua=en|nom=A. J.|cognom=Bevan|nom2=B.|cognom2=Golob|nom3=Th.|cognom3=Mannel|nom4=S.|cognom4=Prell|nom5=B. D.|cognom5=Yabsley}}</ref> El quark b també és notable, ja que és un producte de gairebé totes les desintegracions dels [[quark cim|quarks t]], i també seria un producte de la desintegració del [[bosó de Higgs]].
 == Mesons i barions amb quarks b ==