Mesón J / psi - J/psi meson

J / psi
Composición
C

C
Estadísticas Bosónico
Familia Mesones
Interacciones Fuerte , débil , electromagnético , gravedad.
Símbolo
J / ψ
Antipartícula Uno mismo
Descubierto SLAC : Burton Richter y col. (1974)
BNL : Samuel Ting et al. (1974)
Tipos 1
Masa 5.5208 × 10 −27  kg
3,096 916  GeV / c 2
Decae en 3
gramo
 o
γ
+2
gramo
 o
γ
Carga eléctrica 0  e
Girar 1
Isospin 0
Hipercarga 0
Paridad -1
Paridad C -1

los
J / ψ
( J / psi ) mesón / dʒ eɪ s aɪ m i z ɒ n / o Psion es una partícula subatómica , un sabor -Diseño Neutro mesón que consiste en un quark encanto y un encanto antiquark . Los mesones formados por un estado ligado de un quark encanto y un anti-quark encanto se conocen generalmente como " charmonium ". los
J / ψ
es la forma más común de charmonium, debido a su giro de 1 y su baja masa en reposo . los
J / ψ
 tiene una masa en reposo de 3,0969  GeV / c 2 , justo por encima de la del
η
C (2,9836  GeV / c 2 ), y una vida media de7,2 × 10 −21  s . Esta vida fue unas mil veces más larga de lo esperado.

Su descubrimiento fue realizado de forma independiente por dos grupos de investigación, uno en el Stanford Linear Accelerator Center , encabezado por Burton Richter , y otro en el Brookhaven National Laboratory , encabezado por Samuel Ting del MIT . Descubrieron que en realidad habían encontrado la misma partícula, y ambos anunciaron sus descubrimientos el 11 de noviembre de 1974. La importancia de este descubrimiento se destaca por el hecho de que los rápidos cambios subsiguientes en la física de altas energías en ese momento se han conocido colectivamente como el " Revolución de noviembre ". Richter y Ting recibieron el Premio Nobel de Física de 1976 .

Antecedentes del descubrimiento

Los antecedentes del descubrimiento de la
J / ψ
era tanto teórico como experimental. En la década de 1960, se propusieron los primeros modelos de quarks de la física de partículas elementales , que decían que los protones , neutrones y todos los demás bariones , y también todos los mesones , están hechos de partículas con carga fraccionada , los "quarks", que vienen en tres tipos o "sabores", llamados hacia arriba , hacia abajo y extraños . A pesar de la capacidad de los modelos de quarks para poner orden en el "zoológico de partículas elementales", en ese momento se los consideraba algo así como ficción matemática, un simple artefacto de razones físicas más profundas.

A partir de 1969, experimentos de dispersión inelástica profunda en SLAC revelaron evidencia experimental sorprendente de partículas dentro de protones. Si se trataba de quarks o algo más, no se sabía al principio. Se necesitaron muchos experimentos para identificar completamente las propiedades de los componentes subprotónicos. En una primera aproximación, de hecho coincidían con los quarks descritos anteriormente.

En el frente teórico, las teorías de gauge con simetría rota se convirtieron en los primeros contendientes completamente viables para explicar la interacción débil después de que Gerardus 't Hooft descubriera en 1971 cómo calcular con ellas más allá del nivel del árbol . La primera evidencia experimental de estas teorías de unificación electrodébiles fue el descubrimiento de la corriente neutra débil en 1973. Las teorías de calibre con quarks se convirtieron en un contendiente viable para la interacción fuerte en 1973, cuando se identificó el concepto de libertad asintótica .

Sin embargo, una mezcla ingenua de teoría electrodébil y el modelo de quark condujo a cálculos sobre modos de desintegración conocidos que contradecían la observación: en particular, predijo desintegraciones de cambio de sabor mediadas por el bosón Z de un quark extraño en un quark descendente, que no se observaron. Una idea de 1970 de Sheldon Glashow , John Iliopoulos y Luciano Maiani , conocida como el mecanismo GIM , mostró que las desintegraciones que cambian el sabor se suprimirían fuertemente si hubiera un cuarto quark (ahora llamado quark encanto ) que fuera una contraparte complementaria de el extraño quark . En el verano de 1974, este trabajo había llevado a predicciones teóricas de cómo sería un mesón encanto + anticharm.

Las predicciones fueron ignoradas. El trabajo de Richter y Ting se realizó principalmente para explorar nuevos regímenes energéticos, no para probar las predicciones teóricas.

El grupo de Brookhaven fue el primero en discernir un pico de 3,1 GeV en las parcelas de tasas de producción, reconociendo primero el mesón 𝜓  , que Ting llamó mesón "J" (en honor a él mismo, su apellido escrito en chino es丁).

Modos de decaimiento

Modos de desintegración hadrónica de
J / ψ
están fuertemente suprimidos debido a la regla OZI . Este efecto aumenta considerablemente la vida útil de la partícula y, por lo tanto, le da un ancho de desintegración muy estrecho de solo93,2 ± 2,1 keV . Debido a esta fuerte supresión, las desintegraciones electromagnéticas comienzan a competir con las desintegraciones hadrónicas. Es por eso que el
J / ψ
tiene una fracción de ramificación significativa a los leptones.

Los modos de decaimiento primarios son:


C

C
 → 3
gramo
 		      64,1% ± 1,0%

C

C
 →
γ
 + 2
gramo
 		      8,8% ± 0,5%

C

C
 →
γ
 		      ~25,4%

γ
 → hadrones		       13,5% ± 0,3%

γ
 →
mi+
 +
mi-
 		      5,94% ± 0,06%

γ
 →
μ+
 +
μ-
 		      5,93% ± 0,06%


J / ψ
 derritiendo

En un medio QCD caliente , cuando la temperatura se eleva mucho más allá de la temperatura de Hagedorn , el
J / ψ
y se espera que sus excitaciones se derritan. Ésta es una de las señales predichas de la formación del plasma de quarks-gluones . Experimentos de iones pesados en el CERN 's Súper Sincrotrón de Protones y en BNL ' s Relativista de Iones Pesados han estudiado este fenómeno sin un resultado concluyente a partir de 2009. Esto se debe a la exigencia de que la desaparición de
J / ψ
 mesones se evalúa con respecto a la línea de base proporcionada por la producción total de todas las partículas subatómicas que contienen quarks de encanto, y porque se espera ampliamente que algunos
J / ψ
son producidos y / o destruidos en el momento de la hadronización de QGP . Por lo tanto, existe incertidumbre en las condiciones imperantes en las colisiones iniciales.

De hecho, en lugar de supresión, la producción mejorada de
J / ψ
se espera en experimentos de iones pesados ​​en el LHC donde el mecanismo de producción de quarks combinantes debería ser dominante dada la gran abundancia de quarks encantadores en el QGP. Aparte de
J / ψ
, Mesones encantados B (
B
C), ofrecen una firma que indica que los quarks se mueven libremente y se unen a voluntad cuando se combinan para formar hadrones .

El nombre

Debido al descubrimiento casi simultáneo, el
J / ψ
es la única partícula que tiene un nombre de dos letras. Richter lo llamó "SP", en honor al acelerador SPEAR utilizado en SLAC ; sin embargo, a ninguno de sus compañeros de trabajo le gustó ese nombre. Después de consultar con Leo Resvanis, nacido en Grecia, para ver qué letras griegas estaban todavía disponibles, y rechazar " iota " porque su nombre implica insignificancia, Richter eligió "psi", un nombre que, como señaló Gerson Goldhaber , contiene el nombre original "SP ", pero en orden inverso. Casualmente, las imágenes posteriores de la cámara de chispas a menudo se parecían a la forma psi. Ting le asignó el nombre "J", que está a una letra de " K ", el nombre del mesón extraño ya conocido; otra razón es que "j" es el símbolo de la corriente electromagnética. Posiblemente por coincidencia, "J" se parece mucho al carácter chino del nombre de Ting (丁). J es también la primera letra del nombre de la hija mayor de Ting, Jeanne.

Gran parte de la comunidad científica consideró injusto dar prioridad a uno de los dos descubridores, por lo que la mayoría de las publicaciones posteriores se han referido a la partícula como "
J / ψ
".

El primer estado excitado del
J / ψ
fue llamado el ψ ′; ahora se llama ψ (2S), lo que indica su estado cuántico. El siguiente estado excitado se llamó ψ ″; ahora se llama ψ (3770), lo que indica masa en MeV . Otros estados de encantamiento-anticharm vectoriales se denotan de manera similar con ψ y el estado cuántico (si se conoce) o la masa. La "J" no se usa, ya que solo el grupo de Richter encontró por primera vez estados excitados.

El nombre charmonium se utiliza para
J / ψ
y otros estados ligados al encanto-anticharm. Esto es por analogía con el positronio , que también consta de una partícula y su antipartícula (un electrón y un positrón en el caso del positronio).

Ver también

Notas al pie

Referencias

Fuentes