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| 構成 | ｃ ｃ |
|---|---|
| 統計 | ボソン |
| 家族 | 中間子 |
| インタラクション | 強い、弱い、電磁、重力 |
| シンボル | J/ψ |
| 反粒子 | 自己 |
| 発見した | SLAC :バートン・リヒターほか(1974) BNL :サミュエル・ティン他。 (1974) |
| 種類 | 1 |
| 質量 | 5.5208 × 10 −27 キログラム 3.096 916 GeV/ c 2 |
| 減衰幅 | 92.9 キロボルト |
| 崩壊して | 3 グ または γ +2 グ または γ |
| 電荷 | 0 電子 |
| スピン | 1 ħ |
| アイソスピン | 0 |
| ハイパーチャージ | 0 |
| パリティ | −1 |
| Cパリティ | −1 |
の
J/ψ
（J / psi）中間子 / ˈ dʒ eɪ ˈ s aɪ ˈ m iː z ɒ n / は、原子核より小さい粒子で、チャームクォークとチャーム反クォークからなるフレーバー中立中間子です。チャームクォークとチャーム反クォークの束縛状態によって形成される中間子は、一般に「チャーモニウム」またはサイオンとして知られています。 [ 1 ]
J/ψ
は、スピン1と低い静止質量のため、チャーモニウムの最も一般的な形態である。
J/ψ
静止質量は3.0969 GeV/ c 2、ちょうど
η
ｃ（2.9836 GeV/ c 2）、平均寿命は7.2 × 10 −21 秒。この寿命は予想よりも約1000倍長いものでした。[2]
この発見は、スタンフォード線形加速器センターのバートン・リヒター率いる研究グループと、ブルックヘブン国立研究所のマサチューセッツ工科大学（MIT ）のサミュエル・ティング率いる研究グループの2つの研究グループによって独立して行われた。彼らは同じ粒子を発見したことに気づき、1974年11月11日に両グループともその発見を発表した。この発見の重要性[要出典]は、当時の高エネルギー物理学におけるその後の急速な変化が「 11月革命」として総称されるようになったという事実によって強調されている。リヒターとティングは1976年のノーベル物理学賞を受賞した。
発見の背景
発見の背景
J/ψ
クォークモデルは理論的かつ実験的であった。1960年代に、素粒子物理学の最初のクォークモデルが提案され、陽子、中性子、その他すべての重粒子、およびすべての中間子は、分数電荷粒子である「クォーク」からできており、当初はアップ、ダウン、ストレンジと呼ばれる3つのタイプまたは「フレーバー」があったとされた。（後にモデルは6つのクォークに拡張され、チャーム、トップ、ボトムクォークが追加されました。）クォークモデルは「素粒子動物園」に秩序をもたらす能力があるにもかかわらず、当時は数学的なフィクションのようなもので、より深い物理的理由による単純な人工物であると考えられていました。[3]
1969 年からSLACで行われた深非弾性散乱実験により、陽子内部の粒子に関する驚くべき実験的証拠が明らかになりました。当初、これらがクォークなのか、それとも何か他のものかは不明でした。陽子以下の成分の特性を完全に特定するには、多くの実験が必要でした。第一近似では、それらは確かに、以前に説明されたクォークと一致していました。
理論面では、対称性の破れたゲージ理論は、 1971年にジェラルドゥス・トホーフトがツリーレベルを超えて計算する方法を発見して以来、弱い相互作用を説明する最初の完全に実行可能な候補となりました。これらの電弱統一理論の最初の実験的証拠は、 1973年の弱い中性カレントの発見でした。クォークを含むゲージ理論は、漸近的自由の概念が特定された1973年に、強い相互作用の実行可能な候補となりました。
しかし、電弱理論とクォーク模型の素朴な組み合わせにより、観測と矛盾する既知の崩壊モードの計算が導かれた。特に、ストレンジクォークからダウンクォークへのZボソンを介したフレーバー変化崩壊が予測されたが、これは観測されなかった。1970年にシェルドン・グラショー、ジョン・イリオポロス、ルチアーノ・マイアーニが提唱したGIM機構と呼ばれるアイデアは、ストレンジクォークの補完的な4番目のクォーク（現在はチャームクォークと呼ばれている）があれば、フレーバー変化崩壊は大幅に抑制されることを示した。1974年夏までに、この研究はチャーム+反チャーム中間子がどのようなものになるかについての理論的予測につながった。
ブルックヘブンのグループ[a]は、生成率のグラフで3.1 GeVのピークを初めて発見し、その粒子をψ 中間子と名付けた。ティンは同時にこの粒子を発見し、「J中間子」と名付けた[4]。
減衰モード
ハドロン崩壊モード
J/ψ
OZI則により、この効果は強く抑制される。この効果により、粒子の寿命は大幅に長くなり、崩壊幅はわずか93.2 ± 2.1 keV。この強い抑制により、電磁崩壊がハドロン崩壊と競合し始める。これが、
J/ψ
レプトンに対して大きな分岐率を持っています。
主な崩壊モード[5]は以下の通りである。
J/ψ
溶融
高温のQCD 媒体では、温度がハーゲドン温度をはるかに超えて上昇すると、
J/ψ
クォークグルーオンプラズマの形成を示唆する兆候の一つとして、 CERNのスーパープロトンシンクロトロンとBNLの相対論的重イオン衝突型加速器での重イオン実験でこの現象が研究されているが、 2009年現在、決定的な結果は出ていない。これは、クォークグルーオンプラズマが消滅するためには、
J/ψ
中間子は、すべてのチャームクォークを含む素粒子の総生成量によって提供される基準値に関して評価され、また、
J/ψ
QGP ハドロン化の時点で生成および/または破壊されます。そのため、初期衝突時の支配的な条件には不確実性があります。
実際、抑制ではなく、生産の強化が
J/ψ
LHCの重イオン実験では、QGP中のチャームクォークの多さを考えるとクォーク結合生成機構が支配的になるはずである[7] 。
J/ψ
、チャームB中間子（
B
ｃ）は、クォークが自由に動き、ハドロンを形成する際に結合することを示す特徴を示している。[8] [9]
名前
ほぼ同時に発見されたため、
J/ψ
は、2文字の名前を持つ唯一の粒子である。リヒターは、SLACで使用されているSPEAR加速器にちなんで「SP」と名付けたが、同僚の誰もその名前を好まなかった。ギリシャ生まれのレオ・レスヴァニスと相談して、どのギリシャ文字がまだ使えるかを調べ、「イオタ」は意味のない名前なので却下した後、リヒターは「psi」を選んだ。この名前は、ガーソン・ゴールドハーバーが指摘したように、元の名前「SP」を逆順に含んでいる。[10]偶然にも、後のスパークチェンバーの図は、しばしばpsiの形に似ている。ティンは、 WボソンやZボソンなどのより安定した粒子にはローマ名があり、ギリシャ名が付けられた古典的な粒子とは対照的であるとして、これに「J」という名前を割り当てた。彼はまた、以前の研究の多くを集中していた電磁気流の記号も理由の1つであると述べている。[4]
科学界の多くは、2人の発見者のうちの1人に優先権を与えるのは不公平だと考えたため、その後のほとんどの出版物ではこの粒子を「
J/ψ
「」。
最初の励起状態
J/ψ
はψ′と呼ばれていましたが、現在ではその量子状態を示すψ(2S)と呼ばれています。次の励起状態はψ″と呼ばれていましたが、現在ではMeV/ c 2での質量を示すψ(3770)と呼ばれています。他のベクトルチャーム-反チャーム状態も同様にψと量子状態（わかっている場合）または質量で表されます。[11]リヒターのグループだけが最初に励起状態を発見したため、「J」は使用されません。
チャーモニウムという名前は、
J/ψ
およびその他のチャーム-反チャーム結合状態。[b]これは、粒子とその反粒子（ポジトロニウムの場合は
電子と陽電子）で構成されるポジトロニウムとの類推によるものです。
参照
脚注
- ^ ブルックヘブン のグレン・エバーハート、テリー・ローズ、ミン・チェン、ウルリッヒ・ベッカーが初めて対生成率の3.1 GeVピークを識別した。
- ^フレーバーのない中性 中間子には、低質量と高質量
の 2 つの異なる状態があります。
π0
（すべての中間子の中で最も軽い）
η
そして
η′
、
ρ0
、
ω0
などです。質量が高くても低くても、フレーバーレス中間子の量子数はゼロなので、質量によってのみ区別できます。一般に、そのクォーク含有量は見えません。特に低質量のフレーバーレス中間子は、質量が非常に似ているため混同しやすいだけでなく、低質量粒子自体が実際には混合物として存在するため、見えません。たとえば、すべての中間子の中で最も質量が小さいのは中性パイ中間子です。これは、 d d とu u の一致するクォークと反クォークのペアがほぼ均等に混ざったものです。
参考文献
- ^ Kapusta, J.; Müller, B.; Rafelski, J. (2003 年 12 月 9 日)。クォーク・グルーオン・プラズマ: 理論的基礎: 注釈付き再版コレクション。p. 462。ISBN 97804445111022014年9月25日閲覧– Google ブックス経由。
- ^ 「素粒子物理学賞共同受賞」（プレスリリース）。スウェーデン王立科学アカデミー。1976年10月18日。 2012年4月23日閲覧。
- ^ ピカリング、A. (1984).クォークの構築.シカゴ大学出版局. pp. 114–125. ISBN 978-0-226-66799-7。
- ^ ab 私たちはしばらくこの新しい粒子の名前について議論しました。ある人が私に、本当にエキサイティングな安定粒子は、仮定された W 0、中間ベクトルボソン、 Z 0などのようにローマ字で表記されるのに対し、「古典的な」粒子は ρ、ω などのギリシャ語表記であると指摘しました。これと、過去 10 年間の私たちの研究が電磁気流に集中していたという事実とを合わせて、この粒子を J 粒子と呼ぶというアイデアが生まれました。サミュエル・ティン、「J 粒子の発見」ノーベル賞講演、1976 年 12 月 11 日 [1]
- ^ Nakamura, K.; et al. ( Particle Data Group ) (2022). "J/ψ(1S)" (PDF) . Particle Data Group . Journal of Physics G . 37 (7A). Lawrence Berkeley Laboratory: 075021. Bibcode :2010JPhG...37g5021N. doi :10.1088/0954-3899/37/7A/075021.
- ^ Matsui, T.; Satz, H. (1986). 「クォーク・グルーオンプラズマ形成によるJ/ψ抑制」. Physics Letters B. 178 ( 4): 416–422. Bibcode :1986PhLB..178..416M. doi :10.1016/0370-2693(86)91404-8. OSTI 1118865.
- ^ Thews, RL; Schroedter, M.; Rafelski, J. (2001). 「非閉じ込めクォーク物質における増強された J/ψ 生成」. Physical Review C . 63 (5): 054905. arXiv : hep-ph/0007323 . Bibcode :2001PhRvC..63e4905T. doi :10.1103/PhysRevC.63.054905. S2CID 11932902.
- ^ Schroedter, M.; Thews, RL; Rafelski, J. (2000). 「超相対論的核衝突におけるB c中間子生成」. Physical Review C. 62 ( 2): 024905. arXiv : hep-ph/0004041 . Bibcode :2000PhRvC..62b4905S. doi :10.1103/PhysRevC.62.024905. S2CID 119008673.
- ^ フルチャー、LP;ラフェルスキー、J.ローズ、RL (1999)。 「閉じ込め解除の信号としてのB c中間子」。 arXiv : hep-ph/9905201。
- ^ Zielinski, L (2006年8月8日). 「物理学の伝説」. QuarkNet . 2009年4月13日閲覧。
- ^ Roos, M; Wohl, CG; ( Particle Data Group ) (2004). 「ハドロンの命名スキーム」(PDF) . 2009年4月13日閲覧。
{{cite web}}: CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク)
出典
- Glashow, SL; Iliopoulos, J.; Maiani, L. (1970). 「レプトン–ハドロン対称性を持つ弱い相互作用」. Physical Review D. 2 ( 7): 1285–1292. Bibcode :1970PhRvD...2.1285G. doi :10.1103/PhysRevD.2.1285.
- Aubert, J.; et al. (1974). 「重粒子Jの実験的観測」. Physical Review Letters . 33 (23): 1404–1406. Bibcode :1974PhRvL..33.1404A. doi : 10.1103/PhysRevLett.33.1404 .
- Augustin, J.; et al. (1974). 「e+e−消滅における狭い共鳴の発見」. Physical Review Letters . 33 (23): 1406–1408. Bibcode :1974PhRvL..33.1406A. doi : 10.1103/PhysRevLett.33.1406 .
- Bobra, M. (2005). 「ログブック: J/ψ粒子」. Symmetry Magazine . 2 (7): 34.
- Yao, W.-M.; et al. ( Particle Data Group ) (2006). 「粒子物理学のレビュー: ハドロンの命名スキーム」(PDF) . Journal of Physics G . 33 (1): 108. arXiv : astro-ph/0601168 . Bibcode :2006JPhG...33....1Y. doi :10.1088/0954-3899/33/1/001.