Іпсилон-мезон

Іпсилон-мезони (зустрічається також вимова «Упсилон-мезони») — електрично нейтральні елементарні частинки з ізотопічним спіном 0, кварконій (тобто безароматний мезон), що складаються з b-кварка та b-антикварка (боттомоній). Іпсилон-мезони мають негативні парність та зарядову парність.

Розподіл інваріантної маси двох мюонів зі статті про відкриття Іпсилон-мезона. Пік коло 9,5 ГеВ походить від Y(1S) мезона, в той час як широкий розподіл справа від нього — від Y(2S) та Y(3S) мезонів.

Піки Y(1S), Y(2S) та Y(3S) мезонів в розподілі інваріантної маси двох мюонів в детекторі CMS на ВАК, CERN.

Перший іпсилон-мезон ${\displaystyle \Upsilon (1S)}$ відкритий у «Фермілабі» в 1977 році на експерименті E288 під керівництвом Леона Ледермана, у зіткненнях протонів енергією 400 ГеВ з фіксованою мішенню. Ці мезони були першими на той час відомими частинками, до складу яких входить b-кварк.

Характеристики

Іпсилон-мезони є , тобто є античастинками для самих себе. Як і загалом для кварконіїв, назви їх станів подаються згідно з спектроскопічною нотацією: в дужках вказується головне квантове число та буквенне позначення орбітального квантового числа. Якщо ж точні властивості певного стану ще не встановлені, в дужках вказується його маса в МеВ.

Перші три стани ${\displaystyle \Upsilon (1S)}$, ${\displaystyle \Upsilon (2S)}$ та ${\displaystyle \Upsilon (3S)}$ розташовані нижче порогу розпаду в два B-мезони і тому мають достатньо довгий час життя як для такої масивної частинки (див. Правило Окубо-Цвейга-Ізуки) та великі ймовірності електромагнітних розпадів. Завдяки цьому, їх легко виявити експериментально з допомогою їх розпадів у два мюони або два електрони: вони проявляються у вигляді вузьких піків в розподілі інваріантної маси. Ця властивість є зручною для калібрування шкали маси нових детекторів елементарних частинок.

Стан ${\displaystyle \Upsilon (4S)}$ розташований лише трохи вище за поріг розпаду на два B-мезони (нейтральні або заряджені), і тому його домінантними каналами розпаду є ${\displaystyle B^{0}{\bar {B}}^{0}}$ та ${\displaystyle B^{+}B^{-}}$, що мають приблизно рівну ймовірність (невелика різниця виникає через різницю в масі зарядженого та нейтрального B-мезонів та через кулонівську взаємодію), при цьому два мезони перебувають в сплутаних квантових станах. Ця властивість використовується у так званих «B-фабриках» — експериментах, що вивчають B-мезони (див. Belle II, ).

Іпсилон-мезони

Частинка	Кварковий склад	Маса, МеВ	I^G	J^PC	Q	S	c	b	Час життя, с	Основний канал розпаду
${\displaystyle \Upsilon (1S)}$	${\displaystyle b{\bar {b}}}$	9460,30 ± 0,23	0^−	1^−−	0	0	0	0	1.22×10^−20	два лептони; легкі адрони
${\displaystyle \Upsilon (2S)}$	${\displaystyle b{\bar {b}}}$	10023,26 ± 0,31	0^−	1^−−	0	0	0	0	2.06×10^−20	${\displaystyle \Upsilon (1S)\pi \pi }$; два лептони
${\displaystyle \Upsilon (3S)}$	${\displaystyle b{\bar {b}}}$	10355,2 ± 0,5	0^−	1^−−	0	0	0	0	3.24×10^−20	${\displaystyle \Upsilon (2S)\pi \pi }$; два лептони
${\displaystyle \Upsilon (4S)}$	${\displaystyle b{\bar {b}}}$	10579,4 ± 1,2	0^−	1^−−	0	0	0	0	3×10^−23	${\displaystyle B{\bar {B}}}$
${\displaystyle \Upsilon (5S)}$ або ${\displaystyle \Upsilon (10860)}$	${\displaystyle b{\bar {b}}}$	10885 ± 2	0^−	1^−−	0	0	0	0	1.8×10^−23	${\displaystyle B^{(*)}{\bar {B}}^{(*)}}$; ${\displaystyle B_{s}^{*}{\bar {B_{s}^{*}}}}$

Примітки

1. (PDF). Архів оригіналу (PDF) за 5 лютого 2021.
2. Herb, S. W.; Hom, D. C.; Lederman, L. M.; Sens, J. C.; Snyder, H. D.; Yoh, J. K.; Appel, J. A.; Brown, B. C.; Brown, C. N. (1 серпня 1977). Observation of a Dimuon Resonance at 9.5 GeV in 400-GeV Proton-Nucleus Collisions. Physical Review Letters (англ.). Т. 39, № 5. с. 252—255. doi:10.1103/PhysRevLett.39.252. ISSN 0031-9007. Процитовано 31 січня 2021.
3. . CERN Courier (брит.). 19 травня 2017. Архів оригіналу за 6 лютого 2021. Процитовано 31 січня 2021.
4. . A Quantum Diaries Survivor (англ.). 29 квітня 2008. Архів оригіналу за 15 квітня 2011. Процитовано 31 січня 2021.
5. Voloshin, M. B. (20 серпня 2003). . Modern Physics Letters A (англ.). Т. 18, № 25. с. 1783—1791. doi:10.1142/S0217732303011538. ISSN 0217-7323. Архів оригіналу за 17 лютого 2022. Процитовано 31 січня 2021.
6. . www.science20.com (англ.). 27 серпня 2014. Архів оригіналу за 18 жовтня 2015. Процитовано 31 січня 2021.
7. . CERN Courier (брит.). 12 серпня 2016. Архів оригіналу за 18 січня 2021. Процитовано 31 січня 2021.
8. Group, Particle Data; Zyla, P. A.; Barnett, R. M.; Beringer, J.; Dahl, O.; Dwyer, D. A.; Groom, D. E.; Lin, C.-J.; Lugovsky, K. S. (14 серпня 2020). . Progress of Theoretical and Experimental Physics (англ.). Т. 2020, № 8. doi:10.1093/ptep/ptaa104. Архів оригіналу за 18 березня 2021. Процитовано 31 січня 2021.
9. The BELLE collaboration; Mizuk, R.; Bondar, A.; Adachi, I.; Aihara, H.; Asner, D. M.; Aulchenko, V.; Aushev, T.; Ayad, R. (2019-10). Observation of a new structure near 10.75 GeV in the energy dependence of the e+e−→ ϒ (nS)π+π− (n = 1, 2, 3) cross sections. Journal of High Energy Physics (англ.). Т. 2019, № 10. с. 220. doi:10.1007/JHEP10(2019)220. ISSN 1029-8479. Процитовано 31 січня 2021.