底夸克
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底夸克(bottom quark,中國大陸譯b夸克,台灣譯底夸克,中國大陸又稱「底夸克」[註 1])是帶有電荷−1⁄3 e的 第三代夸克,曾稱美夸克(beauty quark)[5][註 2]。雖然量子色動力學描述每一種夸克的方法都很類似,由於底夸克帶有很大的裸質量(英語:bare mass)(約為7000420000000000000♠4.2 GeV/c2,[3][6]:135稍微多過質子質量的四倍),而且CKM矩陣的元素Vub與Vcb的數值很小,因此底夸克擁有獨特的標籤。當做實驗時,使用一種稱為底貼籤(英語:b_tagging)的技術,可以很容易地辨識出它的蹤跡。由於CP破壞涉及到三代的夸克,因此研究CP破壞比較合適使用的粒子是含有底夸克的介子。BaBar實驗、Belle實驗與LHCb實驗都正在進行這類實驗。
組成 | 基本粒子 |
---|---|
系 | 費米子 |
代 | 第三代 |
基本相互作用 | 強作用力、弱作用力、 電磁力、重力 |
符號 | b |
反粒子 | 反底夸克( b ) |
理論 | 小林誠、益川敏英 (1973年)[1] |
發現 | 利昂·萊德曼等(1977年)[2] |
質量 | 7000418000000000000♠4.18+0.03 −0.03 GeV/c2[3] |
衰變粒子 | 粲夸克或上夸克 |
電荷 | -1⁄3 e |
色荷 | 有 |
自旋 | 1⁄2 |
弱同位旋 | LH:−1⁄2, RH:0 |
弱超荷 | LH: 1⁄3, RH:−2⁄3 |
幾乎所有頂夸克的衰變都會產生底夸克,希格斯玻色子的衰變也常會產生底夸克。1973年,為了解釋CP破壞,物理學者小林誠與益川敏英預言底夸克的存在。[1]海姆·哈拉里(英語:Haim Harari)在1975年將這粒子命名為底夸克。[7][8]費米實驗室的利昂·萊德曼研究團隊於1977年做通過粒子碰撞實驗製成 底夸克偶素,從而發現底夸克。[2][9][10] 由於「發現對稱性破缺的來源,並預測了至少三大類夸克在自然界中的存在」,小林誠與益川敏英榮獲2008年諾貝爾物理學獎。 [11][12]有一些學者稱底夸克為「美夸克」,但至今為止,「底夸克」仍舊是最常用的名稱。[13]
通過弱相對作用,底夸克可以衰變為上夸克或粲夸克。這類衰變被CKM矩陣所抑制(Vub=0.0040、Vcb=0.04,數值很小)。底夸克很想衰變為頂夸克(Vtb=0.9991),但是由於底夸克的質量小於頂夸克,因此不能衰變為頂夸克,所以,底夸克的平均壽命為比較長的1.3×10−12 s,而每當底夸克衰變時,它比較常衰變為粲夸克。[6] :327-329[14]