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ボトムクォーク（記号：b）は、第3世代の素粒子です。これは、− 1 / 3 eの電荷を持つ重いクォークです。
すべてのクォークは電弱相互作用と量子色力学によって同様に記述されますが、ボトムクォークはより質量の小さいクォークへの遷移率が極めて低いという特徴があります。また、ボトムクォークはほぼすべてのトップクォーク崩壊の生成物であり、ヒッグス粒子の崩壊生成物としても頻繁に生成されるという点でも注目に値します。
カオン崩壊で観測されたCP対称性の破れを説明する第3世代のクォークの存在は、1973年に小林誠と益川俊英によって予測された。[ 1 ] 彼らは理論上の2つの粒子に名前を提案しなかったため、多くの物理学者はそれらを真理クォークと美クォークと呼び始めた。[ 5 ]受け入れられた用語となったトップとボトムという名前は、 1975年にハイム・ハラリによって導入された。 [ 6 ] [ 7 ]これは、第1世代のクォークの名前（アップとダウン）に合わせるためであり、2つが弱いアイソスピン二重項の「アップ」と「ダウン」成分であることを反映している。[ 7 ] [ 8 ]
ボトムクォークの証拠は、1977年にレオン・M・レーダーマン率いるフェルミラボE288実験チームによって初めて得られました。陽子と核子の衝突により、ボトモニウムがミューオンのペアに崩壊したのです。[ 2 ] [ 9 ] [ 10 ]この発見は、約1年後にDESYの電子陽電子衝突型加速器DORISでPLUTOおよびDASP2コラボレーションによって確認されました。[ 11 ] [ 12 ]当時、DESYの科学者は「beauty」という名前を支持していたのに対し、アメリカの科学者は「bottom」という名前を支持していたと報じられました。[ 12 ]
小林と益川は、CP対称性の破れの説明により2008年のノーベル物理学賞を受賞した。 [ 13 ] [ 14 ]
ボトムクォークの「裸の」質量は約4.18 GeV/ c 2 [ 3 ] –陽子の質量の4倍強であり、一般的な「軽い」クォークよりも何桁も大きい。
ボトムクォークは、ほぼ例外なくトップクォークとの間で遷移するが、弱い相互作用によってアップクォークまたはチャームクォークに崩壊することもある。CKM行列要素VubとVcbは、これらの崩壊が抑制される率を指定するため、ほとんどのボトム粒子の寿命（約10⁻¹²秒）はチャーム粒子の寿命（約10⁻¹³秒）よりやや長いが、ストレンジ粒子の寿命（約10⁻¹⁰秒から約10⁻⁸秒）より短くなる。[ 15 ]
ボトムクォークを含む実験的な衝突副産物は、質量が大きく遷移率が低いという特徴を持つため、「Bタグ付け」と呼ばれる手法を用いて比較的容易に識別できる。そのため、ボトムクォークを含む中間子は質量に対して非常に長寿命であり、CP対称性の破れを調査するのに最も適した粒子である。このような実験は、 BaBar、Belle、LHCb実験で実施されている。
ボトムクォークを含むハドロンには以下のようなものがある。