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mesón upsilon

El mesón upsilon ( ϒ ) es un estado de quarkonio (es decir, un mesón sin sabor ) formado a partir de un quark bottom y su antipartícula . Fue descubierto por el equipo del exper...

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El mesón upsilon ( ϒ ) es un estado de quarkonio (es decir, un mesón sin sabor ) formado a partir de un quark bottom y su antipartícula .

Fue descubierto por el equipo del experimento E288 , dirigido por Leon Lederman , en Fermilab en 1977. [ 1 ] [ 2 ] Tiene una vida útil de1,21 × 10 −20 s  y una masa de aproximadamente9,46 GeV/ c² en el  estado fundamental.

Descripción general

Estructura de quarks del mesón upsilon

Se conocen muchas especies de bottomonio , pero las generadas por e −e +haces colisionantes (o colisiones protón-núcleo que decaen a μ +μ −+ X ) son los que generalmente se denominan mesones upsilon. [ 3 ] [ 4 ]

Así, entre las especies de bottomonio b b ligadas, las resonancias del triplete [ b ] del estado S [ a ] ​​se identifican como upsilones y se les asignan las notaciones abreviadas ϒ (S1), ϒ (S2), ϒ (S3), etc., [ c ] donde los números 1, 2, 3 representan el número cuántico principal n . [ 5 ] [ d ]

Alternativamente, se utiliza la notación entre paréntesis para la masa medida en MeV/ c² , por ejemplo , ϒ (10860). [ 6 ] [ 7 ] En sentido estricto, "partícula upsilon" se refiere estrictamente a la ϒ (1S). [ 9 ]

Como se desprende claramente de su estructura de quarks , el mesón Upsilon no tiene carga ni sabor, y tiene isospín 0 .

Según la cromodinámica cuántica , el estado de espín cero debería tener una masa entre un 0,1 % y un 1 % menor .

Descubrimiento

El equipo del experimento E288 de Lederman en Fermilab había realizado un hallazgo preliminar de una resonancia en9,5  GeV/ c2 en noviembre de 1976, pero fue más reticente a anunciarlo porque anteriormente habían anunciado prematuramente unEvento de resonancia de 6  GeV/ c2 (que planeaban llamar upsilon; cf. Oops-Leon ) con su equipo en dielectrón ( e +e −) modo; este hallazgo no resultó y finalmente no pudo ser confirmado. [ 10 ] [ 1 ] [ 11 ] Sin embargo, con su equipo convertido a dimuón ( μ −μ +) modo con sensibilidad aumentada 100 veces, comenzaron las mediciones en mayo de 1977 y confirmaron claramente los picos de resonancia en 9,4/9,5. 10.10,4  GeV/ c2 (cf. §  Estados de resonancia bajo S1, S2, S3) [ e ] [ 12 ] [ 1 ] Estos picos fueron verificados por el equipo alemán utilizando el anillo de almacenamiento DORIS de DESY . [ 8 ] [ 13 ]

El upsilon fue la primera partícula que contenía un quark bottom en ser descubierta porque es la más ligera que se puede producir sin partículas masivas adicionales. [ f ]

Estados resonantes

ϒ (1S)

Masa medida en9 460 .30 ± 0,26  MeV/ c 2 ( Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley , Grupo de Datos de Partículas, 2008) [ 15 ]

Vida útil de aproximadamente > 10 −20 [ 17 ] calculada a partir del ancho de energía medido a1,21 × 10 −20  s . [ 18 ] [ 20 ]

Los tipos de modos de desintegración son diversos, con desintegraciones de pares de electrones , pares de muones y pares de tauones (las tres desintegraciones de leptones) ocurriendo cada una con una frecuencia del 2,5 %. [ 15 ]

La vida útil corta ( τ ) se puede calcular a partir de la fórmula habitual τ Δ E = ħ , por lo que en las secciones siguientes se omitirá la enumeración de las vidas útiles.

ϒ (2S)

Masa medida en10,023 26 ± 0,000 31  GeV/ c 2 . [ 21 ]

Aquí también, los modos de desintegración son diversos, desintegrándose en ϒ (1S) y un par de piones cargados, aproximadamente el 20% de las veces, en ϒ (1S) y un par de π neutros , aproximadamente el 10%, y en pares de leptones (e, μ, τ), aproximadamente el 2% cada uno. [ 21 ]

Una fábrica de mesones B en el acelerador PEP-II del SLAC pospuso la finalización de su operación por 2 meses para realizar experimentos a partir de febrero de 2008 para generar ϒ (2S) y ϒ (3S) (véase más abajo). Si bien los datos aún no se habían analizado completamente, el equipo anunció en el otoño de 2008 que habían descubierto el estado fundamental de espín 0 del bottomonio correspondiente al estado de espín 1 ϒ (1S). La diferencia de masa publicada con ϒ (1S) fue71,4 +2,3 −3,1 ±2,7  MeV / c² . [ 22 ]

ϒ (3S)

Masa medida en10,3552 ± 0,0005  GeV/ c 2 [ 23 ]

Nuevamente, desintegrando de diversas maneras en Υ(2S) + X (como pares de piones), aproximadamente un 10% Υ(1S) + X (como pares de piones), también pares de leptones (μ, τ), alrededor de un 2% cada uno, pero la desintegración e + e ^ es bastante rara. [ 23 ]

ϒ (4S)

También llamado ϒ (10580)10,5794 ± 0,0012  GeV / c² [ 24 ] 。

Se desintegra casi por completo (>  96%) en pares de mesones B , casi cincuenta-cincuenta entre pares cargados y pares no cargados. [ 24 ]

Por lo tanto, para la investigación del mesón B, este modo de resonancia ϒ (4S) es de gran importancia, y su investigación ha sido llevada a cabo por varias fábricas de mesones B (hasta aproximadamente 1999). [ 25 ]。

ϒ (10860)

También llamado Y(5S). [ 6 ] Masa medida de10,865 ± 0,008  GeV/ c 2 [ 7 ]

Modo de desintegración principal en pares de mesones B solamente o con 1 o 2 piones, aproximadamente el 60% de las veces, y en pares de mesones B con encanto, aproximadamente el 20% de las veces. [ 7 ]

En este informe de datos de 2008, el extraño mesón B ( BTambién se informa tentativamente sobre la desintegración s ). [ g ] [ 7 ] El acelerador KEKBde Japón también alcanzó el umbral de energía,cuyoBelleB también contempló la desintegración del mesón B extraño. [ 6 ] Los éxitos de la investigación de Y(4S) llevaron al inicio del estudio de Y(5S) a luminosidades más altas desde alrededor de 2008. [ 6 ]

ϒ (11020)

Masa medida en11,019 ± 0,008  GeV / c2 . [ 26 ]

Los modos de desintegración no están claros, excepto un pequeño porcentaje de desintegraciones de pares de electrones, a partir de 2008. [ 26 ]。

Véase también

Notas explicativas

  1. ↑ El estado S tiene un momento angular orbital L = 0.
  2. ↑ Con un espín total S = 1, la multiplicidad 2 S + 1 = 3, es decir, un triplete.
  3. ↑ O Upsilon (S1), escrito.
  4. ↑ Sudaresan explica en términos de la notación espectral estándar ( símbolo de término ) expresada como 2 S +1 L J , donde S es el espín total, 2 S + 1 la multiplicidad 3 (triplete), el momento angular orbital L = 0 representado como "S" para el estado S, y J el número cuántico de momento angular total 1.
  5. ↑ En aquel momento se referían a los 3 picos con las abreviaturas ϒ , ϒ (upsilon prima) y ϒ (upsilon doble prima). [ 8 ]
  6. ↑ Además, el equipo de Lederman se centró en experimentos con haces de leptones (desintegración de dielectrones o dimuones), incluso reconfirmando el J/ ψ hallado en SLAC . Otros equipos prefirieron trabajar con haces de hadrones en aquel momento, ya que "las técnicas necesarias para realizar experimentos con haces de hadrones simplemente no existían", recordó el físico de Fermilab Joseph Lach. [ 14 ]
  7. ↑ Con asterisco (*).

Referencias

Citas

  1. 1 2 3 Yoh (1998) , pág. 29.
  2. ↑ Hoddeson, Lillian ; Kolb, Adrienne W .; Westfall, Catherine (2009). «Capítulo 7. El paraíso del usuario 1968–1972. §El camino hacia el Upsilon/ §El descubrimiento del Usilon, febrero de 1977-junio de 1977» . Fermilab: Física, la frontera y la megaciencia . University of Chicago Press. págs.  183, 189–193 . ISBN 9780226346250.
  3. 1 2 Sundaresan, Monsur K. (2017). «Partículas Upsilon» . Manual de Física de Partículas . CRC Press. págs. 421–422 . ISBN  978-1-4200-4205-4.
  4. ↑ Cottingham, W. Noel; Greenwood, Derek A. (1998), "Capítulo 1. La visión de la naturaleza desde la perspectiva del físico de partículas" , Introducción al modelo estándar de la física de partículas , Cambridge University Press, pág. 9, ISBN  9780521588324
  5. ↑ "el upsilon (1S)... upsilon (4S) puede identificarse con los estados ligados de onda S de triplete de espín del sistema b b ". [ 3 ]
  6. 1 2 3 4 Kinoshita, Kay (2009). "Resultados de ϒ (5S) en Belle: Extraña belleza y otras bestias" . En Astbury, Alan (ed.). Interacciones fundamentales: Actas del 23.er Instituto de Invierno de Lake Louise, Lake Louise, Alberta, Canadá, 18-23 de febrero de 2008. World Scientific. pág. 278. ISBN  9789814280945.
  7. 1 2 3 4 Amsler, C.; et al. (Particle Data Group) (2008), " ϒ (10860)" (PDF) , Physics Letters B , 667 (1) 
  8. ^ Lederman y Teresi (2006) , pág .  322.
  9. ↑ Como en el caso de upsilon, upsilon prima, etc., arriba. [ 8 ]
  10. ↑ Lederman y Teresi (2006) , pág. 321.
  11. ↑ Hoddeson, Kolb y Westfall (2009) , págs. 187–188.
  12. ↑ Lederman y Teresi (2006) , pág. 320.
  13. ↑ Hoddeson, Kolb y Westfall (2009) , pág. 192.
  14. ↑ Hoddeson, Kolb y Westfall (2009) , págs. 181–182.
  15. 1 2 3 Amsler, C.; et al. (Particle Data Group) (2008), " ϒ (1S)" (PDF) , Physics Letters B , 667 (1) 
  16. ↑ Daintith, John; Martin, Elizabeth A. , eds. (2010). «Partículas elementales» . Diccionario de ciencia . Oxford University Press. pág. 281. ISBN  9780199561469.
  17. ↑ Más largo que J/ ψ . [ 16 ]
  18. ↑ Como se reitera a continuación, la vida útil se determina dividiendo h /2 π = ħ =6,582 119 568 × 10 −16  eV⋅Hz −1 por el ancho de energía medido "54,02 ± 1,25  keV " valor (publicado por el Particle Data Group [ 15 ] ).
  19. ↑ Warren, Kevin; Baugher, Kate (13 de julio de 2017), Relación entre la vida media y las anchuras de desintegración
  20. ↑ Otras fuentes publican 1,21×10 −20 , por ejemplo Warren y Baugher (2017), [ 19 ] aunque esos datos se refieren más específicamente a la desintegración de pares de muones.
  21. 1 2 Amsler, C.; et al. (Particle Data Group) (2008), " ϒ (2S)" (PDF) , Physics Letters B , 667 (1) 
  22. ↑ Schwarzschild, Bertram (1 de septiembre de 2008). "Finalmente se ha encontrado el estado fundamental del bottomonio". Physics Today . 61 (9): 14– 17. Bibcode : 2008PhT....61i..14S . doi : 10.1063/1.2982108 .
  23. 1 2 Amsler, C.; et al. (Particle Data Group) (2008), " ϒ (3S)" (PDF) , Physics Letters B , 667 (1) 
  24. 1 2 Amsler, C.; et al. (Particle Data Group) (2008), " ϒ (4S) o ϒ (10580)" (PDF) , Physics Letters B , 667 (1) 
  25. ↑ Aleksan, Roy (1999). «Mezcla de quarks y violación de CP» . En Ferbel, Thomas (ed.). Técnicas y conceptos de física de altas energías X. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers. pág. 574. ISBN  0-7923-5729-9.
  26. 1 2 Amsler, C.; et al. (Particle Data Group) (2008), " ϒ (11020)" (PDF) , Physics Letters B , 667 (1) 

Bibliografía

  • Hom, DC; et  al. (1977). "Observación de una resonancia de dimuones a 9,5 GeV en colisiones protón-núcleo de 400 GeV" (PDF) . Physical Review Letters . 39 (5): 252– 255. Bibcode : 1977PhRvL..39..252H . doi : 10.1103/PhysRevLett.39.252 . OSTI 1155396 . 
  • Lederman, Leon M.; Teresi , Dick (2006) [1993]. La partícula de Dios: Si el universo es la respuesta, ¿cuál es la pregunta? Boston: Houghton Mifflin Harcourt. ISBN 9780618711680.
  • Yoh, John (1998). "El descubrimiento del quark b en Fermilab en 1977: la historia del coordinador del experimento" (PDF) . AIP Conference Proceedings . 424 : 29–42 . Bibcode : 1998AIPC..424...29Y . doi : 10.1063/1.55114 . OSTI 645407 .