Τοπ κουάρκ

Το τοπ κουάρκ (κορυφαίο κουάρκ) από είναι ένα από τα έξι κουάρκ στο καθιερωμένο μοντέλο στοιχειωδών σωματιδίων. Το top κουάρκ ανακαλύφθηκε τελευταίο το 1994, στο Fermilab. Συμβολίζεται ως t κουάρκ (σύμβολο: t) ή κουάρκ της αλήθειας, είναι το πιο μαζικό από όλα τα παρατηρούμενα στοιχειώδη σωματίδια. Όπως όλα τα κουάρκ, το κορυφαίο κουάρκ είναι ένα φερμιόν με σπιν 1/2, και βιώνει και τις τέσσερις θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις: βαρύτητα, ηλεκτρομαγνητισμός, αδύναμες αλληλεπιδράσεις και ισχυρές αλληλεπιδράσεις. Έχει ηλεκτρικό φορτίο. Έχει μάζα 172,44 ± 0,13 (stat) ± 0,47 (syst), που είναι περίπου η ίδια μάζα με ένα άτομο βολφραμίου. Το αντισωματίδιο του τοπ κουάρκ είναι το τοπ αντικουάρκ, το οποίο διαφέρει μόνο στο μερικές από τις ιδιότητές του έχουν ίσο μέγεθος αλλά αντίθετο πρόσημο.

Συμβάν πρόσκρουσης που συμπεριλαμβάνει τοπ κουάρκ

Το τοπ κουάρκ αλληλεπιδρά κυρίως με την ισχυρή αλληλεπίδραση, αλλά μπορεί μόνο να αποσυντεθεί μέσω της ασθενούς δύναμης. Διασπάται σε ένα μποζόνιο W και ένα κατώτερο κουάρκ (πιο συχνά), ένα παράξενο κουάρκ, ή, στις πιο σπάνιες περιπτώσεις, σε κάτω κουάρκ. Το καθιερωμένο πρότυπο προβλέπει ότι ο μέσος χρόνος ζωής του είναι περίπου 5 × 10-25 s.^[1] Το τοπ κουάρκ δεν σχηματίζει αδρόνια, δίνοντας στους φυσικούς μια μοναδική ευκαιρία να μελετήσουν ένα «γυμνό» κουάρκ (όλα τα άλλα κουάρκ έχουν ικανότητα αδρονιοποίησης, που σημαίνει ότι συνδυάζονται με άλλα κουάρκ για να σχηματίσουν αδρόνια, και μπορούν να παρατηρηθούν μόνο με αυτό το τρόπο). Επειδή είναι τόσο μαζικό, οι ιδιότητες του τοπ κουάρκ επιτρέπουν προβλέψεις για τη μάζα του μποζονίου του Χιγκς υπό ορισμένες επεκτάσεις του καθιερωμένου προτύπου. Ως εκ τούτου, μελετάται εκτενώς ως μέσο για τη διάκριση μεταξύ ανταγωνιστικών θεωριών.^[2]

Η ύπαρξή του (και αυτή του κάτω κουάρκ) αναφέρθηκε ως πιθανή το 1973, από τους Ιάπωνες Μακότο Κομπαγιάσι και Τοσιχίντε Μασκάουα, με σκοπό να εξηγηθούν οι παρατηρούμενες παραβιάσεις του CP στη φθορά του καόν,^[3] και η ανακάλυψη έγινε το 1995 από τα πειράματα CDF^[4] και DØ^[5] στο Fermilab. Οι Κομπαγιάσι και Μασκάουα κέρδισαν το Βραβείο Νόμπελ Φυσικής του 2008 για την πρόβλεψη του τοπ κουάρκ και κατώτατου κουάρκ, που μαζί αποτελούν την τρίτη γενιά των κουάρκ.^[6]

Ιδιότητες

• Κατά την τελική ενέργεια Τεβατρόν 1.96 TeV, τα κορυφαία-αντικορυφαία ζευγάρια παρήχθησαν με διατομή περίπου 7 πικομπάρν (pb).^[7]
• Τα μποζόνια W από την φθορά του τοπ κουάρκ φέρουν πόλωση από το γονικό σωματίδιο, επομένως δημιουργούν τον εαυτό τους ως ένα μοναδικό ανιχνευτή στην πόλωση της κορυφής.
• Στο πρότυπο μοντέλο, το τοπ κουάρκ προβλέπεται να έχει κβαντικό αριθμό περιστροφής ¹⁄₂ και ηλεκτρικό φορτίο ²⁄₃. Έχει δημοσιευθεί μια πρώτη μέτρηση της φόρτισης του τοπ κουάρκ, με αποτέλεσμα το όριο εμπιστοσύνης ότι το μέγιστο φορτίο κουάρκ είναι πράγματι +²⁄₃ να φτάνει το ~90%.^[8]

Παραπομπές

1. A. Quadt (2006). «Top quark physics at hadron colliders». European Physical Journal C 48 (3): 835–1000. doi:10.1140/epjc/s2006-02631-6. Bibcode: 2006EPJC...48..835Q. http://cds.cern.ch/record/1339554.
2. M. Kobayashi; T. Maskawa (1973). «CP-Violation in the Renormalizable Theory of Weak Interaction». Progress of Theoretical Physics 49 (2): 652. doi:10.1143/PTP.49.652. Bibcode: 1973PThPh..49..652K.
3. M. Kobayashi; T. Maskawa (1973). «CP-Violation in the Renormalizable Theory of Weak Interaction». Progress of Theoretical Physics 49 (2): 652. doi:10.1143/PTP.49.652. Bibcode: 1973PThPh..49..652K.
4. F. Abe et al. (CDF Collaboration) (1995). «Observation of Top Quark Production in Error no symbol definedError no symbol defined Collisions with the Collider Detector at Fermilab». Physical Review Letters 74 (14): 2626–2631. doi:10.1103/PhysRevLett.74.2626. PMID 10057978. Bibcode: 1995PhRvL..74.2626A.
5. S. Abachi et al. (DØ Collaboration) (1995). «Search for High Mass Top Quark Production in Error no symbol definedError no symbol defined Collisions at ${\displaystyle {\sqrt {s}}}$ = 1.8 TeV». Physical Review Letters 74 (13): 2422–2426. doi:10.1103/PhysRevLett.74.2422. PMID 10057924. Bibcode: 1995PhRvL..74.2422A.
6. «2008 Nobel Prize in Physics». The Nobel Foundation. 2008. Ανακτήθηκε στις 11 Σεπτεμβρίου 2009.
7. D. Chakraborty (DØ and CDF collaborations) (2002). «Top quark and W/Z results from the Tevatron». Rencontres de Moriond, p. 26. http://www-d0.fnal.gov/d0pubs/sbdata/2002/020316-CHAKRABORTY_D-talk.pdf.
8. V.M. Abazov et al. (DØ Collaboration) (2007). «Experimental discrimination between charge 2e/3 top quark and charge 4e/3 exotic quark production scenarios». Physical Review Letters 98 (4): 041801. doi:10.1103/PhysRevLett.98.041801. PMID 17358756. Bibcode: 2007PhRvL..98d1801A.

Περαιτέρω ανάγνωση

• Frank Fiedler; for the D0; CDF Collaborations (June 2005). «Top Quark Production and Properties at the Tevatron».
  arXiv:hep-ex/0506005
  .

Βιβλιογραφία

• R. Nave. «Quarks». HyperPhysics. Georgia State University, Department of Physics and Astronomy. Ανακτήθηκε στις 29 Ιουνίου 2008.
• A. Pickering (1984). Constructing Quarks. University of Chicago Press. σελίδες 114–125. ISBN 978-0-226-66799-7.

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

• Τοπ κουάρκ στο arxiv.org
• Ομάδα Εργασίας Tevatron Electroweak
• Πληροφορίες για το τοπ κουάρκ στην ιστοσελίδα του Fermilab
• Σελίδες για τις συνεργασίες των CDF και DZero στην ανακάλυψη του τοπ κουάρκ
• Επιστημονικό αμερικανικό άρθρο για την ανακάλυψη του τοπ κουάρκ
• Δημόσια αρχική σελίδα των αποτελεσμάτων ανάλυσης του τοπ κουάρκ από την Συνεργασία του DØ στο Fermilab
• Δημόσια αρχική σελίδα των αποτελεσμάτων ανάλυσης του τοπ κουάρκ από τη Συνεργασία του CDF Collaboration στο Fermilab
• Άρθρο του Περιοδικού του Χάρβαρντ για την ανακάλυψη του τοπ κουάρκ το 1994
• Βραβείο Νόμπελ Φυσικής 1999