Das Spitzenquark, auch bekannt als das t Quark (Symbol: t) oder Wahrheitsquark, ist eine elementare Partikel und ein grundsätzlicher Bestandteil der Sache. Wie alle Quarke ist das Spitzenquark ein elementarer fermion mit der Drehung - und erfährt alle vier grundsätzlichen Wechselwirkungen: Schwerkraft, Elektromagnetismus, schwache Wechselwirkungen und starke Wechselwirkungen. Es hat eine elektrische Anklage + e, und ist von allen beobachteten elementaren Partikeln am massivsten (Higgs boson, der fast als massiv sein kann, ist noch nicht experimentell beobachtet worden). Es hat eine Masse dessen, der über dieselbe Masse wie ein Atom des Wolframs ist. Das Antiteilchen des Spitzenquarks ist das Spitzenantiquark (Symbol: manchmal genannt Antispitzenquark oder einfach Antispitze), der sich davon nur darin unterscheidet, haben einige seiner Eigenschaften gleichen Umfang, aber entgegengesetztes Zeichen.

Das Spitzenquark wirkt in erster Linie durch die starke Wechselwirkung aufeinander, aber kann nur durch die schwache Kraft verfallen. Es verfällt fast exklusiv zu einem W boson und einem untersten Quark, aber es kann auch manchmal in ein fremdes Quark, und bei der seltensten von Gelegenheiten, in unten Quark verfallen. Das Standardmodell sagt voraus, dass seine Mittellebenszeit grob ist. Das ist ungefähr 20mal kürzer als die Zeitskala für starke Wechselwirkungen, und deshalb bildet sie hadrons nicht, Physikern eine einzigartige Gelegenheit gebend, ein "bloßes" Quark zu studieren. (Alle anderen Quarke hadronize vorhabend können sie nur in hadrons gefunden werden.), Weil es so massiv ist, erlauben die Eigenschaften des Spitzenquarks Vorhersagen, aus der Masse von Higgs boson unter bestimmten Erweiterungen des Standardmodells gemacht zu werden (sieh Masse und Kopplung zu Higgs boson unten). Als solcher wird es als ein Mittel umfassend studiert, zwischen konkurrierenden Theorien zu unterscheiden.

Wie man

verlangte, hat seine Existenz (und dieses des untersten Quarks) 1973 von Makoto Kobayashi und Toshihide Maskawa die beobachteten BEDIENUNGSFELD-Übertretungen im Kaon-Zerfall erklärt, und wurde 1995 durch den CDF und die DØ-Experimente an Fermilab entdeckt. Kobayashi und Maskawa haben den 2008-Nobelpreis in der Physik für die Vorhersage der Spitze und des untersten Quarks gewonnen, die zusammen die dritte Generation von Quarken bilden.

Geschichte

1973 haben Makoto Kobayashi und Toshihide Maskawa vorausgesagt, dass die Existenz einer dritten Generation von Quarken beobachtete BEDIENUNGSFELD-Übertretungen im Kaon-Zerfall erklärt hat. Die Namen "Spitze" und "Boden" wurden von Haim Harari 1975, eingeführt

die Namen der ersten Generation von Quarken (auf und ab in) dem Reflektieren der Tatsache zu vergleichen, dass die zwei die 'Drehung' und 'Drehung unten' Bestandteil einer schwachen isospin Dublette waren. Das Spitzenquark wurde manchmal Wahrheitsquark in der Vergangenheit genannt, aber mit der Zeit ist Spitzenquark der vorherrschende Gebrauch geworden.

Der Vorschlag von Kobayashi und Maskawa hat sich schwer auf den GIM Mechanismus verlassen, der von Sheldon Lee Glashow, John Iliopoulos und Luciano Maiani vorgebracht ist, der Existenz des dann noch unbemerkten Charme-Quarks vorausgesagt hat. Als in Mannschaften im November 1974 an Brookhaven National Laboratory (BNL) und Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) gleichzeitig die Entdeckung des J/ψ Mesons bekannt gegeben hat, wurde es als ein bestimmter Staat des fehlenden Charme-Quarks mit seinem Antiquark bald danach identifiziert. Diese Entdeckung hat dem GIM Mechanismus erlaubt, ein Teil des Standardmodells zu werden. Mit der Annahme des GIM Mechanismus haben Kobayashi und die Vorhersage von Maskawa auch an der Vertrauenswürdigkeit gewonnen. Ihr Fall wurde weiter durch die Entdeckung des tau von der Mannschaft von Martin Lewis Perl an SLAC zwischen 1974 und 1978 gestärkt. Das hat eine dritte Generation von leptons bekannt gegeben, die neue Symmetrie zwischen leptons und durch den GIM Mechanismus eingeführten Quarken brechend. Die Wiederherstellung der Symmetrie hat die Existenz eines fünften und sechsten Quarks einbezogen.

Es war tatsächlich nicht lange, bis ein fünftes Quark, der Boden, von der E288-Experiment-Mannschaft entdeckt wurde, die von Leon Lederman an Fermilab 1977 geführt ist. Das hat stark darauf hingewiesen, dass es auch ein sechstes Quark, die Spitze geben muss, um das Paar zu vollenden. Es war bekannt, dass dieses Quark schwerer sein würde als der Boden, mehr Energie verlangend, in Partikel-Kollisionen zu schaffen, aber die allgemeine Erwartung bestand darin, dass das sechste Quark bald gefunden würde. Jedoch hat es weitere 18 Jahre genommen, bevor die Existenz der Spitze bestätigt wurde.

Frühe Suchen nach dem Spitzenquark an SLAC und DESY (in Hamburg) sind mit leeren Händen heraufgekommen. Als am Anfang der achtziger Jahre Super Proton Synchrotron (SPS) an CERN den W boson und den Z boson entdeckt hat, wurde es wieder gefühlt, dass die Entdeckung der Spitze nahe bevorstehend war. Da der SPS Konkurrenz von Tevatron an Fermilab gewonnen hat, gab es noch kein Zeichen der fehlenden Partikel, und es wurde von der Gruppe an CERN bekannt gegeben, dass die Spitzenmasse mindestens sein muss. Nach einer Rasse zwischen CERN und Fermilab, um die Spitze zu entdecken, hat das Gaspedal an CERN seine Grenzen erreicht, ohne eine einzelne Spitze zu schaffen, tiefer gebunden seine Masse bis dazu stoßend.

Der Tevatron war (bis zum Anfang der LHC Operation an CERN 2009) der einzige hadron collider stark genug, um Spitzenquarke zu erzeugen. Um im Stande zu sein, eine zukünftige Entdeckung zu bestätigen, wurde ein zweiter Entdecker, der DØ Entdecker, zum Komplex hinzugefügt (zusätzlich zum Collider Entdecker an Fermilab (CDF) bereits präsentieren). Im Oktober 1992 haben die zwei Gruppen ihren ersten Hinweis der Spitze mit einem einzelnen Entwicklungsereignis gefunden, das geschienen ist, die Spitze zu enthalten. In den folgenden Jahren wurden mehr Beweise gesammelt, und am 22. April 1994 die CDF Gruppe hat ihr Papier vorgelegt, das versuchsweisen Beweis für die Existenz eines Spitzenquarks mit einer Masse ungefähr liefert. Inzwischen hatte DØ keine Beweise mehr gefunden als das andeutende Ereignis 1992. Ein Jahr später am 2. März 1995, mehr Beweise und eine neue Darlegung der DØ Daten gesammelt (wer nach einer viel leichteren Spitze gesucht hatte), die zwei Gruppen hat gemeinsam die Entdeckung der Spitze mit einer Gewissheit von 99.9998 % an einer Masse dessen gemeldet.

In den Jahren bis zur Spitzenquark-Entdeckung führend, wurde es begriffen, dass bestimmte Präzisionsmaße des electroweak Vektoren boson Massen und Kopplungen zum Wert der Spitzenquark-Masse sehr empfindlich sind. Diese Effekten werden viel größer für höhere Werte der Spitzenmasse und konnten deshalb das Spitzenquark indirekt sehen, selbst wenn es in keinem Experiment zurzeit direkt erzeugt werden konnte. Die größte Wirkung von der Spitzenquark-Masse war auf dem T Parameter, und vor 1994 hatte die Präzision dieser indirekten Maße zu einer Vorhersage der Spitzenquark-Masse geführt, um zwischen zu sein, und. Es ist die Entwicklung von Techniken, die schließlich solche Präzisionsberechnungen erlaubt haben, die zu Gerardus 't Hooft und Martinus Veltman geführt haben, der den Nobelpreis in der Physik 1999 gewinnt.

Eigenschaften

• An der aktuellen Energie von Tevatron von 1.96 TeV werden oberste/antioberste Paare mit einer bösen Abteilung von ungefähr 7 picobarns (pb) erzeugt. Die Standardmustervorhersage (an der Ordnung neben der Führung mit) ist 6.7-7.5 pb.
• Die W bosons vom Spitzenquark-Zerfall tragen Polarisation von der Elternteilpartikel, stellen folglich sich als eine einzigartige Untersuchung zur Spitzenpolarisation auf.
• Im Standardmodell wird das Spitzenquark vorausgesagt, um eine Drehungsquantenzahl und elektrische Anklage + zu haben. Ein erstes Maß der Spitzenquark-Anklage ist veröffentlicht worden, auf etwa 90 % Vertrauensgrenze hinauslaufend, dass die Spitzenquark-Anklage tatsächlich + ist.

Produktion

Weil Spitzenquarke sehr massive, große Beträge der Energie sind, sind erforderlich, um denjenigen zu schaffen. Die einzige Weise, solche hohen Energien zu erreichen, ist durch hohe Energiekollisionen. Diese kommen natürlich in der oberen Atmosphäre der Erde vor, weil kosmische Strahlen mit Partikeln in der Luft kollidieren, oder in einem Partikel-Gaspedal geschaffen werden können. Bezüglich 2011 ist das einzige betriebliche Gaspedal, das einen Balken der genügend Energie erzeugt, Spitzenquarke zu erzeugen, der Große Hadron Collider an CERN mit einer Energie des Zentrums der Masse von 7 TeV.

Es gibt vielfache Prozesse, die zur Produktion eines Spitzenquarks führen können. Das allgemeinste ist Produktion eines Spitzenantispitzenpaares über starke Wechselwirkungen. In einer Kollision wird ein hoch energischer gluon geschaffen, der nachher in eine Spitze und Antispitze verfällt. Dieser Prozess ist für die Mehrheit der Spitzenereignisse an Tevatron verantwortlich und ist der beobachtete Prozess, als die Spitze zuerst 1995 entdeckt wurde. Es ist auch möglich, Paare der Spitzenantispitze durch den Zerfall eines Zwischenfotons oder Z-Bosons zu erzeugen. Jedoch werden diese Prozesse vorausgesagt, um viel seltener zu sein und eine eigentlich identische experimentelle Unterschrift in einem hadron collider wie Tevatron zu haben.

Ein ausgesprochen verschiedener Prozess ist die Produktion von einzelnen Spitzen über die schwache Wechselwirkung. Das kann auf zwei Weisen (genannt Kanäle) geschehen: Entweder ein Zwischenglied Zerfall von W-Boson in eine Spitze und antiunterstes Quark ("S-Kanal") oder ein unterstes Quark (wahrscheinlich geschaffen in einem Paar durch den Zerfall eines gluon) verwandeln sich zum Spitzenquark durch das Austauschen eines W-Bosons mit oder unten Quark ("T-Kanal"). Die ersten Beweise für diese Prozesse wurden durch die DØ Kollaboration im Dezember 2006 veröffentlicht, und im März 2009 haben der CDF und die DØ Kollaborationen Zwillingspapiere mit der endgültigen Beobachtung dieser Prozesse befreit. Die Hauptbedeutung, diese zu messen, die Produktion bearbeitet, besteht darin, dass ihre Frequenz zum |V Bestandteil der CKM Matrix direkt proportional ist.

Zerfall

Die einzige bekannte Weise, wie ein Spitzenquark verfallen kann, ist durch die schwache Wechselwirkung, die einen W-Boson und ein Unten-Typ-Quark (unten, sonderbar, oder Boden) erzeugt. Wegen seiner enormen Masse ist das Spitzenquark mit einer vorausgesagten Lebenszeit nur äußerst kurzlebig. Infolgedessen haben Spitzenquarke Zeit nicht, um hadrons zu bilden, bevor sie verfallen, wie andere Quarke tun. Das versorgt Physiker mit der einzigartigen Gelegenheit, das Verhalten eines "bloßen" Quarks zu studieren.

Insbesondere es ist möglich, das sich verzweigende Verhältnis direkt zu bestimmen. Der beste aktuelle Entschluss von diesem Verhältnis ist. Da dieses Verhältnis |V gemäß dem Standardmodell gleich ist, gibt das einen anderen weg zu beschließen, dass das CKM Element |V, oder in der Kombination mit dem Entschluss von |V von der einzelnen Spitzenproduktion Tests auf die Annahme zur Verfügung stellt, dass die CKM Matrix einheitlich ist.

Das Standardmodell erlaubt auch exotischeren Zerfall, aber nur an einem Schleife-Niveau, bedeutend, dass sie äußerst unterdrückt werden. Insbesondere es ist für ein Spitzenquark möglich, in ein anderes-Typ-Quark (oder ein Charme) durch das Ausstrahlen eines Fotons oder eines Z-Bosons zu verfallen. Suchen nach diesen exotischen Zerfall-Weisen haben keine Beweise für ihre Existenz in Übereinstimmung mit Erwartungen vom Standardmodell zur Verfügung gestellt. Die sich verzweigenden Verhältnisse für diesen Zerfall sind beschlossen worden, weniger als 5.9 in 1,000 für den Photonic-Zerfall und weniger als 3.7 in 100 für den Zerfall von Z-Boson an 95-%-Vertrauen zu sein.

Masse und Kopplung zu Higgs boson

Das Standardmodell beschreibt fermion Massen durch den Mechanismus von Higgs. Higgs boson hat eine Kopplung von Yukawa zu den nach links und rechtshändigen Spitzenquarken. Danach electroweak das Symmetrie-Brechen (wenn Higgs einen Vakuumerwartungswert erwirbt), die nach links und rechtshändige Teilmischung, ein Massenbegriff werdend.

:

Das Spitzenquark Kopplung von Yukawa hat einen Wert von

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wo der Wert des Vakuumerwartungswerts von Higgs ist.

Kopplungen von Yukawa

Im Standardmodell ist das ganze Quark und lepton Kopplungen von Yukawa im Vergleich zum Spitzenquark Kopplung von Yukawa klein. Das Verstehen dieser Hierarchie in den fermion Massen ist ein offenes Problem in der theoretischen Physik. Kopplungen von Yukawa sind nicht Konstanten und ihre Wertänderung abhängig davon, welche Energieskala (Entfernungsskala), an dem sie gemessen werden. Die Triebkräfte von Kopplungen von Yukawa werden durch die Wiedernormalisierungsgruppengleichung bestimmt.

Eine der vorherrschenden Ansichten in der Partikel-Physik ist, dass die Größe des Spitzenquarks Kopplung von Yukawa von der Wiedernormalisierungsgruppe bestimmt wird, zum "festen Quasiinfrarotpunkt führend."

Wie man

Hypothese aufstellt, haben die Yukawa Kopplungen, unten, Charme, sonderbar und unterste Quarke, kleine Werte an der äußerst hohen Energieskala der großartigen Vereinigung, 10 GeV. Sie nehmen im Wert an niedrigeren Energieskalen zu, an denen die Quark-Massen von Higgs erzeugt werden. Das geringe Wachstum ist wegen Korrekturen von der QCD Kopplung. Die Korrekturen von den Kopplungen von Yukawa sind für die niedrigeren Massenquarke unwesentlich.

Wenn, jedoch, ein Quark Kopplung von Yukawa einen großen Wert an sehr hohen Energien hat, werden seine Korrekturen von Yukawa entwickeln und gegen die QCD Korrekturen annullieren. Das ist als (quasi-) fester Infrarotpunkt bekannt. Egal was der anfängliche Startwert der Kopplung ist, wenn es genug groß ist, wird es diesen festen Punkt-Wert erreichen. Die entsprechende Quark-Masse wird dann vorausgesagt.

Das Spitzenquark Kopplung von Yukawa liegt sehr in der Nähe vom festen Infrarotpunkt des Standardmodells. Die Wiedernormalisierungsgruppengleichung ist:

:

wo g die Farbenmaß-Kopplung ist und g die schwache Isospin-Maß-Kopplung ist. Diese Gleichung beschreibt, wie die Kopplungsänderungen von Yukawa mit der Energie μ erklettern. Lösungen dieser Gleichung für große Anfangswerte y veranlassen die Rechte der Gleichung, sich Null schnell zu nähern, sich y zur QCD Kopplung g schließen lassend. Der Wert des festen Punkts wird im Standardmodell ziemlich genau bestimmt, zu einer Spitzenquark-Masse von 230 GeV führend. Jedoch, wenn es mehr als eine Dublette von Higgs gibt, wird der Massenwert von Higgs reduziert, der Winkeleffekten auf eine unvorausgesagte Weise mischt.

In der minimalen supersymmetrischen Erweiterung des Standardmodells (MSSM) gibt es zwei Dubletten von Higgs und die Wiedernormalisierungsgruppengleichung für das Spitzenquark Kopplung von Yukawa wird ein bisschen modifiziert:

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wo y das unterste Quark Kopplung von Yukawa ist. Das führt zu einem festen Punkt, wo die Spitzenmasse, 170-200 GeV kleiner ist. Die Unklarheit in dieser Vorhersage entsteht, weil das unterste Quark Kopplung von Yukawa im MSSM verstärkt werden kann. Einige Theoretiker glauben, dass das Beweise für den MSSM unterstützt.

Der feste Quasiinfrarotpunkt hat nachher die Basis von Spitzenquark-Kondensationstheorien der electroweak einbrechenden Symmetrie gebildet, der Higgs boson an äußerst kurzen Entfernungsskalen zerlegbar ist, die aus einem Paar von Spitzen- und Antispitzenquarken zusammengesetzt sind.

Siehe auch

• CDF experimentieren
• DØ experimentieren
• CKM Matrix
• Oberstkeit
• Spitzenquark-Kondensat
• Topcolor

Quark-Modell

Weiterführende Literatur

Außenverbindungen

• Spitzenquark auf arxiv.org
• Tevatron Electroweak Arbeitsgruppe
• Spitzenquark-Information über die Website von Fermilab
• Logbuch-Seiten von CDF und der Spitzenquark-Entdeckung von DZero Kollaborationen
• Wissenschaftlicher amerikanischer Artikel über die Entdeckung des Spitzenquarks
• Öffentliche Einstiegsseite von Spitzenquark-Analyse-Ergebnissen von DØ Kollaboration an Fermilab
• Öffentliche Einstiegsseite von Spitzenquark-Analyse-Ergebnissen von CDF Kollaboration an Fermilab
• Artikel Harvard Magazine über die 1994-Spitzenquark-Entdeckung
• 1999-Nobelpreis in der Physik