Méson J/psi - J/psi meson

J/psi
Composition
c

c
Statistiques bosonique
Famille Mésons
Interactions Fort , faible , électromagnétique , gravité
symbole
J/ψ
Antiparticule Soi
Découvert SLAC : Burton Richter et al. (1974)
BNL : Samuel Ting et al. (1974)
Les types 1
Masse 5,5208 × 10 −27  kg
3,096 916  GeV/ c 2
Se décompose en 3
g
 ou
??
+2
g
 ou
??
Charge électrique 0  e
Tournoyer 1
Isospin 0
Hypercharge 0
Parité -1
C parité -1

Les
J/ψ
( J / psi ) meson / dʒ eɪ s aɪ m i z ɒ n / ou Psion est une particule subatomique , un goût neutre en méson constitué d'un quark de charme et un charme antiquark . Les mésons formés par un état lié d'un quark charm et d'un antiquark charm sont généralement appelés « charmonium ». Les
J/ψ
est la forme la plus courante de charmonium, en raison de son spin de 1 et de sa faible masse au repos . Les
J/ψ
 a une masse au repos de 3,0969  GeV/ c 2 , juste au-dessus de celui du
??
c (2,9836  GeV/ c 2 ), et une durée de vie moyenne de7,2 × 10 −21  s . Cette durée de vie était environ mille fois plus longue que prévu.

Sa découverte a été faite indépendamment par deux groupes de recherche, l'un au Stanford Linear Accelerator Center , dirigé par Burton Richter , et l'autre au Brookhaven National Laboratory , dirigé par Samuel Ting du MIT . Ils ont découvert qu'ils avaient en fait trouvé la même particule et ont tous deux annoncé leurs découvertes le 11 novembre 1974. L'importance de cette découverte est soulignée par le fait que les changements rapides et ultérieurs de la physique des hautes énergies à l'époque sont devenus collectivement connus sous le nom de " Révolution de novembre ". Richter et Ting ont reçu le prix Nobel de physique 1976 .

Contexte de la découverte

Le contexte de la découverte de la
J/ψ
était à la fois théorique et expérimental. Dans les années 1960, les premiers modèles de quarks de la physique des particules élémentaires ont été proposés, qui disaient que les protons , les neutrons , et tous les autres baryons , ainsi que tous les mésons , sont fabriqués à partir de particules à charge fractionnelle , les "quarks", qui se présentent sous trois types ou « saveurs », appelées haut , bas et étranges . Malgré la capacité des modèles de quarks à mettre de l'ordre dans le "zoo de particules élémentaires", ils étaient considérés à l'époque comme une fiction mathématique, un simple artefact de raisons physiques plus profondes.

À partir de 1969, des expériences de diffusion inélastique profonde au SLAC ont révélé des preuves expérimentales surprenantes de particules à l'intérieur de protons. On ne savait pas au début s'il s'agissait de quarks ou d'autre chose. De nombreuses expériences ont été nécessaires pour identifier pleinement les propriétés des composants sous-protoniques. En première approximation, ils correspondaient bien aux quarks décrits précédemment.

Sur le plan théorique, les théories de jauge à symétrie brisée sont devenues les premiers prétendants pleinement viables pour expliquer l' interaction faible après que Gerardus 't Hooft a découvert en 1971 comment calculer avec elles au-delà du niveau de l'arbre . La première preuve expérimentale de ces théories d' unification électrofaibles a été la découverte du courant neutre faible en 1973. Les théories de jauge avec les quarks sont devenues un concurrent viable pour l' interaction forte en 1973, lorsque le concept de liberté asymptotique a été identifié.

Cependant, un mélange naïf de la théorie électrofaible et le modèle de quark conduit à des calculs sur les modes de désintégration connus que l' observation contredits: En particulier, il a prédit Z boson médiées saveur changeant désintégrations d'un quark étrange dans un quark down, qui ne sont pas observées. Une idée de 1970 de Sheldon Glashow , John Iliopoulos et Luciano Maiani , connue sous le nom de mécanisme GIM , a montré que les désintégrations de changement de saveur seraient fortement supprimées s'il y avait un quatrième quark (maintenant appelé le quark charme ) qui était une contrepartie complémentaire à le quark étrange . À l'été 1974, ces travaux avaient conduit à des prédictions théoriques sur ce que serait un méson charme + anticharme.

Les prédictions ont été ignorées. Le travail de Richter et Ting a été fait principalement pour explorer de nouveaux régimes énergétiques, et non pour tester les prédictions théoriques.

Le groupe de Brookhaven a été le premier à discerner un pic à 3,1 GeV dans les tracés des taux de production, reconnaissant d'abord le méson 𝜓  - que Ting a nommé le méson « J » (d'après lui-même - son nom de famille écrit en chinois est丁).

Modes de décomposition

Modes de désintégration hadronique
J/ψ
sont fortement réprimées en raison de la règle OZI . Cet effet augmente fortement la durée de vie de la particule et lui confère ainsi sa largeur de désintégration très étroite de seulement93,2 ± 2,1 keV . En raison de cette forte suppression, les désintégrations électromagnétiques commencent à concurrencer les désintégrations hadroniques. C'est pourquoi le
J/ψ
a une fraction de ramification importante en leptons.

Les principaux modes de désintégration sont :


c

c
 → 3
g
 		      64,1% ± 1,0%

c

c
 →
??
 + 2
g
 		      8,8% ± 0,5%

c

c
 →
??
 		      ~25,4%

??
 → hadrons		       13,5% ± 0,3%

??
 →
e+
 +
e−
 		      5,94 % ± 0,06 %

??
 →
??+
 +
??−
 		      5,93 % ± 0,06 %


J/ψ
 fusion

En milieu QCD chaud , lorsque la température est élevée bien au - delà de la température de Hagedorn , le
J/ψ
et ses excitations devraient fondre. C'est l'un des signaux prédits de la formation du plasma de quarks et de gluons . Expériences ions lourds au CERN est super synchrotron à protons et à BNL est relativiste Heavy Ion Collider ont étudié ce phénomène sans résultat probant à partir de 2009. Cela est dû à l'exigence selon laquelle la disparition de
J/ψ
 mésons est évalué par rapport à la ligne de base fournie par la production totale de toutes les particules subatomiques contenant des quarks charmés, et parce qu'il est largement prévu que certains
J/ψ
sont produits et/ou détruits au moment de l' hadronisation du QGP . Ainsi, il existe une incertitude dans les conditions qui prévalent lors des collisions initiales.

En fait, au lieu de la suppression, une production accrue de
J/ψ
est attendu dans les expériences sur les ions lourds au LHC où le mécanisme de production de quarks-combinants devrait être dominant étant donné la grande abondance de quarks charmes dans le QGP. A côté de
J/ψ
, mésons B charmés (
B
c), offrent une signature qui indique que les quarks se déplacent librement et se lient à volonté lorsqu'ils se combinent pour former des hadrons .

Le nom

En raison de la découverte presque simultanée, le
J/ψ
est la seule particule à avoir un nom de deux lettres. Richter l'a nommé "SP", d'après l' accélérateur SPEAR utilisé au SLAC ; cependant, aucun de ses collègues n'aimait ce nom. Après avoir consulté Leo Resvanis, d'origine grecque, pour voir quelles lettres grecques étaient encore disponibles et avoir rejeté " iota " parce que son nom implique l'insignifiance, Richter a choisi " psi " - un nom qui, comme l'a souligné Gerson Goldhaber , contient le nom original " SP ", mais dans l'ordre inverse. Par coïncidence, les images ultérieures de la chambre à étincelles ressemblaient souvent à la forme psi. Ting lui a attribué le nom « J », qui est à une lettre de « K », le nom du méson étrange déjà connu ; une autre raison est que "j" est le symbole du courant électromagnétique. Peut-être par coïncidence, "J" ressemble fortement au caractère chinois du nom de Ting (丁). J est aussi la première lettre du nom de la fille aînée de Ting, Jeanne.

Une grande partie de la communauté scientifique considérait qu'il était injuste de donner la priorité à l'un des deux découvreurs, de sorte que la plupart des publications ultérieures ont qualifié la particule de "
J/ψ
".

Le premier état excité du
J/ψ
s'appelait le ; il est maintenant appelé le ψ(2S), indiquant son état quantique. L'état excité suivant s'appelait le ; il est maintenant appelé ψ(3770), indiquant la masse en MeV . D'autres états vecteur charme-anticharme sont notés de la même manière avec et l'état quantique (si connu) ou la masse. Le "J" n'est pas utilisé, puisque seul le groupe de Richter a trouvé les premiers états excités.

Le nom charmonium est utilisé pour
J/ψ
et d'autres états liés charme-anticharme. C'est par analogie avec le positronium , qui est également constitué d'une particule et de son antiparticule (un électron et un positron dans le cas du positronium).

Voir également

Notes de bas de page

Les références

Sources