ユプシロン中間子
素粒子
ユプシロン（ϒ）
ユプシロン粒子発見論文より引用したミューオン対の不変質量のグラフ。約9.5 GeV/ c 2はユプシロン中間子の寄与によるものです。
構成b b
統計ボソン
家族中間子
相互作用強い、弱い、電磁、重力
シンボルϒ
反粒子自己
発見したE288実験（1977年）
種類1
質量9.460 30 (26) GeV/ c 2
平均寿命1.21 × 10 −20 秒
電荷0 e
スピン1  ħ
アイソスピン0
ハイパーチャージ0
パリティ−1
Cパリティ−1

ユプシロン中間子( ϒ ) は、ボトムクォークとその反粒子から形成されるクォーコニウム状態 (つまり、フレーバーのない 中間子)です。

これは1977年にフェルミ国立加速器研究所のレオン・レーダーマン率いるE288実験チームによって発見された。[1] [2]その寿命は1.21 × 10 −20  sおよび質量約基底状態では 9.46  GeV/ c 2である。

概要

ユプシロン中間子のクォーク構造

ボトモニウムには多くの種類が知られているが、e−
e+
衝突ビーム（または陽子と原子核の衝突でμに崩壊する）+
μ−
+ X）は一般にユプシロン中間子と呼ばれるものである。[3] [4]

このように、結合したb bボトモニウム種のうち、S状態[a] 三重項[b]共鳴はユプシロンとして識別され、 ϒ (S1)、ϒ (S2)、ϒ (S3)などの略記が割り当てられます。 [c]ここで、数字1、2、3は主量子数 nを表します。[5] [d]

あるいは、測定された質量をMeV/ c 2単位で括弧で囲んだ表記法も用いられる。例えばϒ (10860)。[6] [7]狭義では、「ユプシロン粒子」は厳密にϒ (1S)を指す。[9]

クォーク構造から明らかなように、ユプシロン中間子は電荷もフレーバーも持たず、アイソスピンは 0 です。

量子色力学によれば、ゼロスピン状態では質量が約0.1%から1%軽くなるはずである。[要出典]

発見

フェルミ国立加速器研究所のレーダーマンのE288実験チームは、1976年11月に9.5 GeV/ c 2の目標値を発表したが、それ以前に時期尚早に発表していたため、発表には慎重だった。6 GeV/ c 2共鳴イベント（彼らはこれをウプシロンと名付ける予定だった。Oops -Leonを参照）を彼らの装置で二電子（e+
e−
）モードであったが、この発見は成功せず、最終的に確認されなかった。[10] [1] [11]しかし、彼らの機器は二ミューオン（μ−
μ+
）モードの感度を100倍に高めて、1977年5月から測定を開始し、9.4/9.5.10の共鳴ピークを明確に確認しました。10.4 GeV/ c 2（§ S1、S2、S3の共鳴状態参照）[e] [12] [1]これらのピークは、ドイツのチームによってDESYのDORISストレージリングを使用して検証されました。[8] [13]

ユプシロンは、追加の質量粒子なしで生成できる最も軽い粒子であるため、ボトムクォークを含む最初の粒子として発見されました。[要出典] [f]

共鳴状態

ϒ（1S）

測定された質量9 460 .30 ± 0.26 MeV/ c 2（ローレンス・バークレー国立研究所、粒子データグループ、2008年）[15]

測定されたエネルギー幅から計算すると、寿命は約10 −20 [17]である。1.21 × 10 −20 秒[ 18] [20]

崩壊モードの種類は多様であり、電子対、ミューオン対、タウオン対の崩壊（これら3つのレプトン崩壊すべて）はそれぞれ2.5%の頻度で発生する。[15]

短い寿命（τ）は通常の式τΔE = ħから計算できるため、以降のセクションでは寿命のリストは省略します 。

ϒ（2S）

測定された質量10.023 26 ± 0.000 31  GeV/ c 2 . [21]

ここでも崩壊モードは多様であり、約20％の確率でϒ （1S）と荷電パイ中間子対に崩壊し、約10％の確率でϒ（1S）と中性π対に崩壊し、それぞれ約2％の確率でレプトン（e、μ、τ）対に崩壊する。[21]

SLACのPEP-II加速器のBファクトリーは、 2008年2月からϒ (2S)およびϒ (3S)を生成する実験を行うため、運転終了を2ヶ月延期した（下記参照）。データの完全な解析がまだ行われていない間に、研究チームは2008年秋に、スピン1のϒ (1S)状態に対応するスピン0の基底状態のボトモニウムを発見したと発表した。発表されたϒ (1S)との質量差は71.4+2.3
−3.1±2.7 MeV/ c 2 . [22]

ϒ（3S）

測定された質量10.3552 ± 0.0005 GeV/ c 2 [23]

再び、Υ(2S) + X（パイ中間子対など）に多様に崩壊し、約10％Υ(1S) + X（パイ中間子対など）とレプトン（μ、τ）対がそれぞれ約2％ずつ発生しますが、e + e ^崩壊は非常にまれです。[23]

ϒ（4S）

ϒ（10580）とも呼ばれる 10.5794 ± 0.0012 GeV/ c 2 [24]。

ほぼ完全に（> 96%）B中間子対に崩壊し、荷電対と非荷電対がほぼ半々になる。[24]

したがって、B中間子研究にとって、このϒ (4S)共鳴モードは非常に重要であり、その研究は様々なBファクトリーで行われてきた（1999年頃まで）。[25]。

ϒ（10860）

Y(5S)とも呼ばれる。[6] 測定された質量10.865 ± 0.008 GeV/ c 2 [7]

主な崩壊モードは、B中間子対のみ、または1つまたは2つのパイ中間子を含む崩壊で約60％、チャームB中間子対への崩壊で約20％である。[7]

この2008年のデータレポートでは、奇妙なB中間子（B
s)の崩壊も暫定的に報告されている。[g] [7]このエネルギー閾値は、日本のKEKB加速器でも達成されており、そのBelle Bファクトリー実験では、B中間子の奇妙な崩壊も検討された。[6] Y(4S)研究の成功は、2008年頃から、より高い光度でのY(5S)の研究の出現につながった。[6]

ϒ（11020）

測定された質量11.019 ± 0.008 GeV/ c 2 . [26]

2008年現在、電子対崩壊のわずかな割合を除いて、崩壊モードは不明である。[26]。

参照

説明ノート

  1. ^ S状態は軌道角運動量 L = 0です。
  2. ^ 全スピンS = 1のとき、多重度2 S + 1 = 3、すなわち三重項。
  3. ^ またはユプシロン（S1）を書き表したもの。
  4. ^ スダレサンは、2 S +1 L Jと表される標準スペクトル表記法 (項記号)で説明しています。ここで、 Sは全スピン、2 S + 1は多重度 3 (三重項)、軌道角運動量L = 0 (S 状態の場合は "S" と表される)、J は全角運動量量子数1 です。
  5. ^ 当時、彼らは3つのピークをϒ、ϒ（ウプシロンプライム）、ϒ（ウプシロンダブルプライム）という略語で呼んでいた。[8]
  6. ^ また、レーダーマンチームはレプトンビーム実験（二電子または二ミューオンの崩壊）に注力し、SLACで発見されたJ/ψを再確認しました。フェルミ国立加速器研究所の物理学者ジョセフ・ラックは当時、「ハドロンビームを用いた実験を行うために必要な技術が全く存在しなかった」と回想しています。[14]
  7. ^ アスタリスク（*）付き。

参考文献

引用

  1. ^ abc Yoh (1998)、29ページ。
  2. ^ リリアン・ホッデソン、アドリアン・W・コルブ、キャサリン・ウェストフォール（2009年）「第7章 ユーザーの楽園 1968–1972 §ユプシロンへの道／§ユプシロンの発見、1977年2月～1977年6月」『フェルミ国立加速器研究所：物理学、最先端、そしてメガサイエンス』シカゴ大学出版局、183、189 ～ 193頁。ISBN 9780226346250。
  3. ^ ab Sundaresan, Monsur K. (2017). 「ユプシロン粒子」.素粒子物理学ハンドブック. CRC Press. pp.  421– 422. ISBN 978-1-4200-4205-4。
  4. ^ コッティンガム、W. ノエル、グリーンウッド、デレク A. (1998)、「第1章 素粒子物理学者の自然観」、素粒子物理学の標準モデル入門、ケンブリッジ大学出版局、9ページ、ISBN 9780521588324
  5. ^ 「ウプシロン（1S）…ウプシロン（4S）は、bb系のスピン三重項S波束縛状態と同一視できる」 [ 3 ]
  6. ^ abcd 木下, ケイ(2009). 「ベルにおけるϒ (5S) の結果：奇妙な美女とその他の獣たち」.アストベリー, アラン(編).基礎的相互作用：第23回レイク・ルイーズ冬季研究所議事録, レイク・ルイーズ, アルバータ州, カナダ, 2008年2月18-23日. ワールド・サイエンティフィック. p. 278. ISBN 9789814280945。
  7. ^ abcd Amsler, C.; et al. (Particle Data Group) (2008)、「ϒ(10860)」(PDF)、Physics Letters B、667 (1)
  8. ^ abc リーダーマン & テレシ (2006)、p. 322.
  9. ^ 上記のウプシロン、ウプシロンプライムなどの場合と同様。[8]
  10. ^ Lederman & Teresi (2006)、p. 321.
  11. ^ ホッデソン、コルブ＆ウェストフォール（2009）、187-188頁。
  12. ^ Lederman & Teresi (2006)、p. 320。
  13. ^ ホッデソン、コルブ、ウェストフォール（2009年）、192ページ。
  14. ^ ホッデソン、コルブ、ウェストフォール（2009年）、181-182頁。
  15. ^ abc Amsler, C.; et al. (Particle Data Group) (2008)、「ϒ(1S)」(PDF)、Physics Letters B、667 (1)
  16. ^ デインティス、ジョン、マーティン、エリザベス・A.編 (2010). 「素粒子」. 『科学辞典』. オックスフォード大学出版局. p. 281. ISBN 9780199561469。
  17. ^ J/ψより長い。[16]
  18. ^ 以下に繰り返して述べるように、寿命はh /2 π = ħ =を割ることによって決定される。6.582 119 568 × 10 −16  eV⋅Hz −1測定されたエネルギー幅による54.02 ± 1.25 keV "値（粒子データグループ[15]によって発表された）。
  19. ^ ウォーレン、ケビン；バウガー、ケイト（2017-07-13）、半減期と崩壊幅の関係
  20. ^ 他の情報源では1.21×10-20と発表されている（例えばWarren & Baugher (2017)）[19]が、そのデータはより具体的にはミューオン対の崩壊を指している。
  21. ^ ab Amsler, C.; et al. (Particle Data Group) (2008)、「ϒ(2S)」(PDF)、Physics Letters B、667 (1)
  22. ^ Schwarzschild, Bertram (2008年9月1日). 「ボトモニウムの基底状態がついに発見された」. Phys.Today . 61 (9): 14– 17. Bibcode :2008PhT....61i..14S. doi :10.1063/1.2982108.
  23. ^ ab Amsler, C.; et al. (Particle Data Group) (2008)、「ϒ(3S)」(PDF)、Physics Letters B、667 (1)
  24. ^ ab Amsler, C.; et al. (Particle Data Group) (2008)、「ϒ(4S) または ϒ(10580)」(PDF)、Physics Letters B、667 (1)
  25. ^ Aleksan, Roy (1999). 「クォーク混合とCP対称性の破れ」. Ferbel, Thomas (編). 『高エネルギー物理学の技術と概念 X』 . ドルドレヒト: Kluwer Academic Publishers. p. 574. ISBN 0-7923-5729-9。
  26. ^ ab Amsler, C.; et al. (Particle Data Group) (2008)、「ϒ(11020)」(PDF)、Physics Letters B、667 (1)

参考文献

  • Hom, DC; et al. (1977). 「400GeV陽子-原子核衝突における9.5GeVでの二ミューオン共鳴の観測」(PDF) . Physical Review Letters . 39 (5​​): 252– 255. Bibcode :1977PhRvL..39..252H. doi :10.1103/PhysRevLett.39.252. OSTI  1155396.
  • ヨー、ジョン (1998). 「1977年フェルミ国立加速器研究所におけるbクォークの発見：実験コーディネーターの物語」(PDF) . AIP会議論文集. 424 : 29–42 . Bibcode :1998AIPC..424...29Y. doi :10.1063/1.55​​114. OSTI  645407.
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