Некоторые состояния чармония и боттомония

система	чармоний ()			боттомоний ()
обозначение в тексте и на рисунках		J/ èëè	’		’	”
обозначение в таблицах частиц		J/ (1S)	(2S)	(1S)	(2S)	(3S)
спектроскопическая характеристика		^3S1	^3S1	^3S1	^3S1	^3S1
масса (mc^2), ÌýÂ		3097	3686	9460	10023	10355
ширина распада , êýÂ		87	277	53	44	26

Последний, шестой и самый тяжелый кварк top был открыт в 1995 г. в Fermilab на -коллайдере TEVATRON в экспериментах, которые параллельно выполняли две коллаборации CDF и D. В состав последней входили физики Московского университета.

Осуществлялся поиск -пар, рождавшихся в-столкно-вениях. В 90% случаев такие пары возникают в процессах, ãäå q è- кварк и антикварк одного аромата, входящие в состав сталкивающихся протона и антипротона (рис. 11.15).

Ðèñ. 11.15

Топ-кварк распадается очень быстро (в покоящемся состоянии за время 10^-25 ñåê) è ïàðà не успевает образовать связанного состояния - топония (время жизни t-кварка значительно меньше времени оборота t вокруг). Топ-кварк распадается на квант слабого поля W и b-кварк

tW⁺+b, . (11.14)

Кварки b и превращаются в струи адронов, а W столь же быстро как и t-кварк распадается либо на пару заряженный лептон-нейтрино, либо на пару кварк-антикварк разного аромата, например,

W^--+, W⁺ u+. (11.15)

Пробег t-кварка (также, как и W) до распада слишком мал (1 фм), чтобы его можно было зафиксировать в виде трека. Кварки b, , u èтакже не видны и, пролетев расстояние не более 1 фм, превращаются в струи адронов. Таким образом, t-кварк "вырывается" из невидимой зоны в форме адронных струй и лептонов. В рассматриваемом варианте рождения t-кварка, представленном на рис. 11.16, его следом являются 4 адронные струи, мюон и мюонное антинейтрино.

Ðèñ. 11.16

Сложная детекторная система общим весом 5000 тонн с центральной трековой камерой в магнитном поле записывает траекторию каждой конечной заряженной частицы, определяет ее заряд и энергию. Нейтрино не оставляет трека и о его присутствии судят по недостающей энергии, поскольку полная энергия -столкновения известна.

Вероятность рождения t-кварка в столкновении p и с энергиями около 1 ТэВ (1000 ГэВ) 10^-9-10^-10 и потребовалось несколько месяцев непрерывной работы, чтобы убедиться в устойчивом наблюдении t-кварка и определить его массу m_tc² и ширину распада _t:

m_tc² = 174 5 ÃýÂ; _t = 2 ÃýÂ.

Как уже отмечалось время жизни топ-кварка 310^-25 сек слишком мало, чтобы он мог входить в состав связанных систем кварков (мезонов и барионов), поэтому адронов с квантовыми числами Top не существует. В заключение приведем табл.11.2 тяжелых кварков с указанием года их открытия, массы, времени жизни и основного канала распада.

Таблица 11.2