کوارک پرجِرم و فیزیک حاکم بر آن



کوارک پرجِرم و فیزیک حاکم بر آن

 

مترجم: احمد رازیانی
منبع:راسخون
 
در مدل استاندارد ذرات بنیادی سه نسل کوارک وجود دارد که هر نسل دارای یک کوارک با بار ۳/۲ و یکی دیگر با بار ۳/۱- است. نسل اول را کوارک‌های بالا و پایین (u و d) تشکیل می‌دهند که سازنده نوکلئون‌ها هستند. نسل دوم از کوارکهای افسون و شگفت (c و s) تشکیل شده است، و نسل سوم شامل کوارکهای سر و ته (t و b) است. فیزیک کوارک سنگین یعنی کوارکهای c،b و t در سال ۱۹۷۴ با کشف کوارک افسون آغاز شد. طیف نمایی ذراتی که حاوی کوارکهای سنگین هستند برای اندازه‌گیری برهم‌کنش قوی میان کوارک‌ها در فواصل خیلی کوتاه به کار رفته است. واپاشی‌های مزون‌های حاوی یک کوارک سنگین و یک کوارک سبک زمینه جدیدی برای آزمودن فیزیک واپاشی‌های ضعیف فراهم کرده است. اخیراً اطلاعات تجربی زیادی در مورد این واپاشی‌های ضعیف گزارش شده که آزمون‌‌های دقیق‌تری برای مدلهای نظری فراهم کرده است.
کوارک افسون سبکترین کوارک از کوارکهای سنگین است و بنابراین کوارکی است که در مورد آن بیشترین اطلاعات را داریم. عمر ذرات افسون (ذراتی که حاوی کوارک افسون‌اند) ۱۳-۱۰ تا ۱۲-۱۰ ثانیه است که مشخصه واپاشی ضعیف است. در ابتدا انتظار می‌رفت که کوارک افسون بدون هیچ تأثیری از پادکوارک (که تنها به عنوان یک تماشاگر عمل می‌کند) واپاشیده شود. این مدل (یعنی مدل تماشاگر) برای تمام مزون‌های افسون ( D^⃘و D^+ و F^+ که در آن‌ها کوارک c به ترتیب به پاد کوارک u، d، و s مقید است) که به طور ضعیف واپاشیده می‌شوند عمرهای مساوی پیش بینی می‌کند. اولین اندازه‌گیری‌های D^⃘ و D^+ نشان داد که عمر آن‌ها یکسان نیست، و بنابراین این مدل را نقض کرد.
در سال گذشته، اندازه‌گیری دقیق نیمه عمر ذرات افسون انجام شده است. در آزمایش‌های قبلی برای اندازه‌گیری عمر از نمونه‌های کمتر از ۵۰ واپاشی D استفاده شده بود ولی نتایج جدید با استفاده از رویدادهای خیلی بیشتری به دست آمده است. در آزمایشی در آزمایشگاه فرمی برای هرکدام از D^⃘ و D^+ ها نمونه‌ای حدود ۴۰۰۰ رویداد در دست تحلیل است. عمر D^+ حدود ps0ر۱ اندازه‌گیری شده است، در حالی که D^⃘ و F^+ برای مدتی حدود ps4ر۰ باقی می‌مانند. اندازه‌گیری‌های جدید در مورد باریون افسون ⋀_c نشان می‌دهد عمر آن حتی از عمر D^⃘ و عمر F^+ نیز کمتر است. در بعضی مدل‌ها می‌توان اینطور توجیه کرد که اختلاف عمر مزون‌های افسون ناشی از آهنگ نسبتاً بالای نابودی کوارک افسون و پادکوارک در D^⃘ و F^+ است که عمر آنها را کاهش می‌دهد. در مدل‌های دیگر تداخل ویرانگر که تنها در مورد D^+ رخ می‌دهد عمر آن را افزایش می‌دهد. تعیین هرچه دقیقتر عمر ذرات افسونی که به طور ضعیف وا می‌پاشند به محدود کردن این مدل‌ها و در نتیجه به حصول تصویر دقیق‌تری از برهم‌کنش‌های اساسی کوارک کمک خواهد کرد.
اطلاعات تجربی دیگری که برای توضیح واپاشی افسون مورد نیاز است، نسبت انشعاب برای حالت‌های نهایی مختلف است. گروه MarkIII که با برخورددهنده SPEAR در استانفورد کار می‌کند، تحلیل جدیدی از تمام مدهای مهم واپاشیD^⃘ و D^+ منتشر کرده است. این گروه با جمع آوری تعداد زیادی رویدادهایی که در آن‌ها هم پاد ذرات و هم ذرات افسون بازسازی می‌شوند، توانست نسبت‌های انشعاب مطلق را به دقت اندازه‌گیری کند. نتیجه این اندازه‌گیری انتقال تمام نسبت‌های انشعاب D به بالا بود، به گونه‌ای که جمع واپاشی‌های شناخته شده تقریباً به ۱۰۰% می‌رسد. به علاوه سه گروه موفق شدند مد واپاشی D^⃘→∅K^° را که عملاً در مدل تماشاگر ممنوع است مشاهده کنند. تلاش شدید تجربی و نظری در مورد این سؤال که آیا این مد اولین نشانه واضح نابودی کوارک – پادکوارک در واپاشی D^° است ادامه دارد.
در بر هم‌کنش ضعیف، غالباً یک کوارک دیگر در همان نسل تبدیل می‌شود. معهذا، یک برهم‌کنش مهم بین کوارک‌های نسل‌های متفاوت وجود دارد که شدت جفت شدگی آن کمتر است. چون مزون K سبکترین ذرات حاوی کوارک‌های نسل دوم است، واپاشی ضعیف این مزون ناشی از این جفتیدگی است. یک برهم‌کنش مشابه دیگر میان نسل‌ها مسؤول واپاشی‌های ضعیف مزون‌های B است که حالت‌های مقید یک کوارک ته و یک پادکوارک سبک‌اند. در این واپاشی‌ها کوارک ته می‌تواند به کمک کوارک افسون و یا به ندرت به یک کوارک بالا بدل شود. جفت شدگی خیلی ضعیف کوارک ته به کوارک بالا اهمیت ویژه‌ای دارد، زیرا در مدلی که به طور طبیعی مبین نقض CP است مقیاس این نقض را تعیین می‌کند. گروه‌هایی در کورنل و در شتابدهنده DESY در هامبورگ به تحلیل رویدادهای واپاشی β به منظور یافتن حالت‌های نهایی بدون افسون که از گذار b به u نتیجه خواهد شد. پرداخته‌اند. فعلاً این گروه‌ها حد بالایی حدود ۱۰% را برای کسری از کوارک‌های ته که به این طریق واپاشیده می‌شوند گزارش می‌کنند. افزایش حساسیت در جستجوی واپاشی مزون‌های B به حالت‌های غیر افسون هنوز هم هدف اصلی آزمایش‌هایی است که در زمینه واپاشی کوارک ته انجام می‌شوند.
بالاخره، وضعیت کوارک ششم، یعنی کوارک سر هنوز روشن نیست. رویدادهایی که با واپاشی کوارک سر با جرم GeV50-30 سازگارند در چند سال قبل در آزمایش ۱UA مشاهده شده‌اند. با داده‌های بیشتر و با تحلیل بیشتر هنوز هم بهبودی در این وضعیت حاصل نشده است. محرز شدن کوارک سر هنوز مستلزم تجربیات بیشتری است.

 



لینک منبع

اشتراک گذاری مطلب

انتشار مطالب با ذکر منبع مجاز می باشد.