Учебные материалы по ядерной физике, курс физика атомного ядра и частиц

Очарованные частицы, с-кварк

    Открытие c-кварка оказалось, несмотря на теоретические предсказания, полной неожиданностью.
    В 1974 году одновременно две группы физиков объявили о наблюдении новой частицы - .
     Группа С. Тинга наблюдала -мезон как резонанс в сечении реакции

e⁺ + e^- адроны

при энергии E ~ 3.1 ГэВ.
    Группа Б. Рихтера измеряла энергетический спектр e⁺e^- пар, образующихся при бомардировку бериллиевой мишени высокоэнергетичными протонами

p + Be e⁺ + e^-.

В инвариантном спектре масс e⁺e^-  наблюдался узкий пик шириной 87 кэВ при энергии E ~ 3.1 ГэВ. То есть время жизни  -мезона почти в 1000 раз больше, чем у известных частиц такой массы. Причина - в состав входит новый, не известный ранее с-кварк. Он несет новое квантовое число - с, названное очарованием (charm). с-Кварк порождает семейство адронов, имеющих в своем составе его или соответствующий антикварк . Мезоны и барионы, в состав которых входит с или кварки называются очарованными мезонами и барионами соответственно. -мезон имеет "скрытый" чарм - связанное состояние с. Массу валентного с-кварка можно оценить как половину массы , то есть ~1500 МэВ. В таблице приведены характеристики некоторых из известных очарованных мезонов и барионов.

	c,d	1869	1.1·10-12 с	0-(1/2)		K + другие частицы, e+  другие частицы, + другие частицы
D0,0	c, u	1865	4.2·10-13 с	0-(1/2)
	c, s	1969	4.7·10-13 с	0-(0)		K + другие частицы
	с	3097	87 кэВ	1-(0)		адроны, e+e-,+-
	udc	2285	2.0·10-13 с	1/2+(0)		(n или p) + другие частицы
	uuc	2453		1/2+(1)
	udc	2454
	ddc	2452

Семейство частиц , и образует изотопический триплет. Из таблицы видно, что суммарная масса D^- и D⁺ мезонов больше массы -мезона, поэтому очарованные кварки с,образующие -мезон могут только аннигилировать в процессе распада, что и объясняет относительно большое время жизни -мезона (малую ширину распада Г = 87 кэВ).

c-Кварк распадается в результате слабого взаимодействия, превращаясь преимущественно в s-кварк, по схеме, показанной на рис.1. Образующийся W-бозон в свою очередь распадается на пару фермионов. На рис.1-2 приведены кварковые схемы некоторых мод распада очарованных частиц.

Рис.2. Кварковая схема одной из мод распада D+-мезона

Рис. 3. Кварковая схема одной из мод распада -бариона