Mesón J / psi

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
Vuelta	1
Isospin	0
Hipercarga	0
Paridad	-1
Paridad C	-1

El
J / ψ
( J / psi ) mesón / dʒ eɪ s aɪ m i z ɒ n / o Psion ^[1] 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 ". El
J / ψ
es la forma más común de charmonium, debido a su giro de 1 y su baja masa en reposo . El
J / ψ
tiene una masa en reposo de 3,0969  GeV / c ² , justo por encima de la
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. ^[2]

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 arriba , abajo y extraños . A pesar de la capacidad de los modelos de quarks para poner orden en el "zoológico de partículas elementales", su estado se consideraba algo así como ficción matemática en ese momento, un simple artefacto de razones físicas más profundas. ^[3]

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, eran de hecho los quarks ya descritos.

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, el encanto , que se emparejara con el extraño quark. Este trabajo condujo, en el verano de 1974, a predicciones teóricas de cómo sería un mesón encanto + anticharm. Estas predicciones fueron ignoradas.^{[ cita requerida ]} El trabajo de Richter y Ting se realizó por otras ^{[ aclaraciones necesarias ]} razones, principalmente para explorar nuevos regímenes energéticos. ^{[ cita requerida ]} En el grupo de Brookhaven, Glenn Everhart, Terry Rhoades, Min Chen y Ulrich Becker fueron los primeros en discernir un pico de 3,1 GeV en parcelas de tasas de producción. Este fue el primer reconocimiento de la "J".

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 ^[4] 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. ^[5] Esta 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 ^[6] 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 de encanto 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 . ^{[7] [8]}

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. ^[9] 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; 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. ^[10] 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

• Regla OZI
• Lista de múltiples descubrimientos

Referencias

1. Kapusta, J .; Müller, B .; Rafelski, J. (9 de diciembre de 2003). [sin título citado] . ISBN 9780444511102. Consultado el 25 de septiembre de 2014 , a través de Google Books.^{[ se necesita cita completa ] [ enlace muerto ]}
2. "Premio de física compartida para partículas elementales" (Comunicado de prensa). La Real Academia Sueca de Ciencias . 18 de octubre de 1976 . Consultado el 23 de abril de 2012 .
3. A. Pickering (1984). Construcción de quarks . Prensa de la Universidad de Chicago . págs. 114-125. ISBN 978-0-226-66799-7.
4. Nakamura, K .; et al. ( Grupo de datos de partículas ) (2010). "J / ψ (1S)" (PDF) . Grupo de datos de partículas . Journal of Physics G . Laboratorio Lawrence Berkeley. 37 : 075021. doi : 10.1088 / 0954-3899 / 37 / 7A / 075021 .
5. Matsui, T .; Satz, H. (1986). "Supresión de J / ψ por formación de plasma de quark-gluon". Physics Letters B . 178 (4): 416–422. Código Bibliográfico : 1986PhLB..178..416M . doi : 10.1016 / 0370-2693 (86) 91404-8 . OSTI 1118865 . 
6. Thews, RL; Schroedter, M .; Rafelski, J. (2001). "Producción mejorada de J / ψ en materia de quark desconfinada". Physical Review C . 63 (5): 054905. arXiv : hep-ph / 0007323 . Código Bibliográfico : 2001PhRvC..63e4905T . doi : 10.1103 / PhysRevC.63.054905 . S2CID 11932902 . 
7. Schroedter, M .; Thews, RL; Rafelski, J. (2000). "B _c -producción de meson en colisiones nucleares ultrarelativistas". Physical Review C . 62 (2): 024905. arXiv : hep-ph / 0004041 . Código Bibliográfico : 2000PhRvC..62b4905S . doi : 10.1103 / PhysRevC.62.024905 . S2CID 119008673 . 
8. Fulcher, LP; Rafelski, J .; Thews, RL (1999). " Mesones B _c como señal de desconfinamiento". arXiv : hep-ph / 9905201 .
9. Zielinski, L (8 de agosto de 2006). "Folclore de la física" . QuarkNet . Consultado el 13 de abril de 2009 .
10. Roos, M; Wohl, CG; ( Grupo de datos de partículas ) (2004). "Esquemas de nomenclatura para hadrones" (PDF) . Consultado el 13 de abril de 2009 .

Fuentes

• Glashow, SL; Iliopoulos, J .; Maiani, L. (1970). "Interacciones débiles con la simetría Lepton-Hadron". Physical Review D . 2 (7): 1285-1292. Código Bibliográfico : 1970PhRvD ... 2.1285G . doi : 10.1103 / PhysRevD.2.1285 .
• Aubert, J .; et al. (1974). "Observación experimental de una partícula pesada J" . Cartas de revisión física . 33 (23): 1404–1406. Código Bibliográfico : 1974PhRvL..33.1404A . doi : 10.1103 / PhysRevLett.33.1404 .
• Augustin, J .; et al. (1974). "Descubrimiento de una resonancia estrecha en e + e - Aniquilación" . Cartas de revisión física . 33 (23): 1406–1408. Código Bibliográfico : 1974PhRvL..33.1406A . doi : 10.1103 / PhysRevLett.33.1406 .
• Bobra, M. (2005). "Libro de registro: partícula J / ψ" . Revista Symmetry . 2 (7): 34.
• Yao, W.-M .; et al. ( Grupo de datos de partículas ) (2006). "Revisión de la física de partículas: esquema de denominación de hadrones" (PDF) . Journal of Physics G . 33 (1): 108. arXiv : astro-ph / 0601168 . Código bibliográfico : 2006JPhG ... 33 .... 1Y . doi : 10.1088 / 0954-3899 / 33/1/001 .