ميزون J/psi

📅 آخر تحديث: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة

ميزون J / ψ ( J / psi ) / ˈdʒeɪ ˈsaɪ ˈmiːzɒn / هو جسيم دون ذري ، ميزون متعادل النكهة يتكون من كوارك ساحر وكوارك ساحر مضاد . تُعرف الميزونات المتكونة من حالة ارتباط بين كوارك ساحر وكوارك ساحر مضاد عمومًا باسم " شارمونيوم " أو بسيونات. [ 1 ] يُعد J / ψ الشكل الأكثر شيوعًا من الشارمونيوم، نظرًا لدورانه المغزلي الذي يساوي 1 وكتلته السكونية المنخفضة . تبلغ الكتلة السكونية لـ J/ ψ 10 ...3.0969 جيجا إلكترون فولت/ c 2  ، أعلى بقليل من طاقة جسيم إيتاج (2.9836 جيجا إلكترون فولت / ثانية²  )، ومتوسط ​​عمر يبلغ7.2 × 10 −21 ثانية  . كان هذا العمر أطول بألف مرة تقريبًا مما كان متوقعًا. [ 2 ]

تم اكتشاف هذا الجسيم بشكل مستقل من قبل مجموعتين بحثيتين، إحداهما في مركز ستانفورد للمسرع الخطي بقيادة بيرتون ريختر ، والأخرى في مختبر بروكهافن الوطني بقيادة صموئيل تينغ من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا . وقد اكتشفوا أنهم عثروا على الجسيم نفسه، وأعلنوا اكتشافهم في 11 نوفمبر 1974. وتتجلى أهمية هذا الاكتشاف في أن التغيرات السريعة التي طرأت على فيزياء الطاقة العالية في ذلك الوقت أصبحت تُعرف مجتمعة باسم "ثورة نوفمبر". وقد مُنح ريختر وتينغ جائزة نوبل في الفيزياء عام 1976 .

خلفية الاكتشاف

كان لاكتشاف جسيم J/ ψ خلفية نظرية وتجريبية. ففي ستينيات القرن العشرين، طُرحت أولى نماذج الكواركات في فيزياء الجسيمات الأولية ، والتي تنص على أن البروتونات والنيوترونات وجميع الباريونات الأخرى ، وكذلك جميع الميزونات ، تتكون من جسيمات مشحونة جزئيًا تُسمى "الكواركات"، والتي كانت في الأصل ثلاثة أنواع أو "نكهات"، تُسمى العلوي والسفلي والغريب. (لاحقًا، تم توسيع النموذج ليشمل ستة كواركات، بإضافة الكوارك الساحر والعلوي والسفلي ) . وعلى الرغم من قدرة نماذج الكواركات على إضفاء النظام على "عالم الجسيمات الأولية"، فقد اعتُبرت في ذلك الوقت ضربًا من الخيال الرياضي، مجرد نتاج لأسباب فيزيائية أعمق . [ 3 ]

ابتداءً من عام 1969، كشفت تجارب التشتت غير المرن العميق في مختبر SLAC عن أدلة تجريبية مذهلة لوجود جسيمات داخل البروتونات. لم يكن معروفًا في البداية ما إذا كانت هذه الجسيمات كواركات أم شيئًا آخر. تطلّب الأمر إجراء العديد من التجارب لتحديد خصائص المكونات دون البروتونية بشكل كامل. وبتقريب أولي، كانت هذه الجسيمات مطابقة للكواركات الموصوفة سابقًا.

على الصعيد النظري، أصبحت نظريات القياس ذات التناظر المكسور أولى النظريات القابلة للتطبيق لتفسير التفاعل الضعيف بعد أن اكتشف جيراردوس هوفت عام 1971 كيفية الحساب بها بما يتجاوز مستوى الشجرة . وكان أول دليل تجريبي على صحة هذه النظريات التوحيدية الكهروضعيفة هو اكتشاف التيار المحايد الضعيف عام 1973. وفي العام نفسه، أصبحت نظريات القياس التي تتضمن الكواركات مرشحة قوية لتفسير التفاعل القوي ، وذلك عند تحديد مفهوم الحرية التقاربية .

مع ذلك، أدى مزيج ساذج من نظرية التفاعل الكهروضعيف ونموذج الكواركات إلى حسابات حول أنماط الاضمحلال المعروفة، والتي تناقضت مع الملاحظات: على وجه الخصوص، تنبأت هذه الحسابات باضمحلالات متغيرة النكهة بوساطة بوزون Z لكوارك غريب إلى كوارك سفلي، وهي اضمحلالات لم تُلاحظ. أظهرت فكرة شيلدون غلاشو وجون إيليوبولوس ولوسيانو ماياني ، المعروفة بآلية GIM ، والتي طُرحت عام 1970، أن اضمحلالات تغيير النكهة ستُقمع بشدة في حال وجود كوارك رابع (يُسمى الآن كوارك السحر ) يُكمل نظير الكوارك الغريب . وبحلول صيف عام 1974 ، أدى هذا العمل إلى تنبؤات نظرية حول شكل ميزون السحر + مضاد السحر. [ 4 ] وكانت المجموعة في بروخافن [ أ ] أول من رصد ذروة عند 3.1 جيجا إلكترون فولت في مخططات معدلات الإنتاج. وأطلق تينغ عليها اسم "ميزون J". [ 5 ] 

التفسير النظري

بينما وفرت "ثورة نوفمبر" عام 1974 البيانات التجريبية اللازمة للاكتشاف، فقد ترسخ تفسير جسيم J/Psi كحالة شارمونيوم من خلال عدد قليل من الأبحاث التي نُشرت بين أواخر عام 1974 وأوائل عام 1975، والتي ربطت الاكتشاف التجريبي مباشرةً بما يُعرف بآلية GIM (1970) وكوارك السحر. في الواقع، قدمت آلية GIM، التي كُتبت قبل بضع سنوات من الاكتشاف، الأساس النظري لوجود الكوارك الرابع (السحر)، لتفسير سبب كبح بعض اضمحلالات الجسيمات. ثم قدمت الأعمال النظرية اللاحقة التفسير الفيزيائي الصحيح لجسيم J/Psi كحالة مُرتبطة لكواركات السحر والسحر المضاد. [ 4 ]

بحسب التسلسل الزمني، جاء أول تفسير مباشر من سي. دومينغيز وإم. غريكو. استخدما قواعد الجمع الازدواجية ونموذج هيمنة المتجهات الموسع (EVDM) وأثبتا أن خصائص J/Psi (وPsi') تتوافق مع كوارك ذي شحنة +2/3. ربط هذا الاكتشاف التجريبي مباشرةً بآلية GIM وكوارك السحر، مما وفر تفسيرًا ديناميكيًا لمقطع الإنتاج العرضي في تصادمات الإلكترون-بوزيترون. [ 6 ]

صاغ ت. أبلكويست وهـ. د. بوليتزر مصطلح "تشارمونيوم" وطبّقا الحرية التقاربية للديناميكا اللونية الكمومية (QCD) لتفسير سبب عدم اضمحلال حالة (c-cbar) هذه بشكل فوري. فمع أن جسيم J/Psi كان ضخمًا، إلا أنه كان "ضيقًا" للغاية (طويل العمر). وقد فسّر هذان الباحثان سبب عدم اضمحلال حالة (c-cbar) هذه بشكل فوري، بحجة أن كوارك السحر ثقيل، لذا فإن الزوج يقع على مسافات قصيرة جدًا حيث تكون القوة النووية القوية ضعيفة. وبالتالي، فإن الاضمحلال إلى هادرونات أخف يكون "مُثبَّطًا وفقًا لمبدأ OZI"، مما يتطلب تبادل ثلاثة غلوونات على الأقل، وهو ما يفسر طول عمر الجسيم. [ 7 ]

حدد كل من أ. دي روجولا وس. ل. جلاشو على الفور جسيم J/Psi باعتباره الحالة الأرضية للكواركات الساحرة المكونة لآلية GIM، المصنفة ضمن إطار تناظر SU(4). بعد ذلك، وبمجرد تحديد الحالة الأرضية، أظهر الباحثان أنها جزء من عائلة أكبر من الجسيمات، ونجحا في حساب علاقات الكتلة بين جسيم J/Psi والهادرونات الأخرى في طيف السحر. [ 8 ]

أنماط التحلل

تُقمع أنماط الاضمحلال الهادروني لجسيم J/ ψ بشدة بسبب قاعدة OZI . هذا التأثير يزيد بشكل كبير من عمر الجسيم، وبالتالي يمنحه عرض اضمحلال ضيقًا للغاية يبلغ فقط93.2 ± 2.1  كيلو إلكترون فولت . وبسبب هذا الكبح الشديد، تبدأ الاضمحلالات الكهرومغناطيسية بالتنافس مع الاضمحلالات الهادرونية. ولهذا السبب، فإن جسيم J/ ψ له نسبة تفرع كبيرة نحو الليبتونات.

أنماط الاضمحلال الأساسية [ 9 ] هي:

ج ج → 3 غ     64.1% ± 1.0%
c c → γ + 2 g     8.8% ± 1.1%
c c → γ     ~25.5%
γ → هادرونات     13.5% ± 0.3%
γ → e ++ e −     5.971% ± 0.032%
γ → μ ++ μ −     5.961% ± 0.033%

انصهار J/psi

في وسط QCD ساخن ، عندما ترتفع درجة الحرارة إلى ما يتجاوز درجة حرارة هاغيدورن ، يُتوقع انصهار جسيم J/ ψ وإثاراته. [ 10 ] تُعد هذه إحدى الإشارات المتوقعة لتكوّن بلازما الكوارك-غلوون . وقد دُرست هذه الظاهرة في تجارب الأيونات الثقيلة في مسرع البروتونات الفائق التابع لسيرن وفي مصادم الأيونات الثقيلة النسبية التابع لمختبر بروكهافن الوطني ، دون التوصل إلى نتيجة حاسمة حتى عام 2009. ويعود ذلك إلى اشتراط تقييم اختفاء ميزونات J/ ψ بالنسبة إلى خط الأساس الذي يوفره الإنتاج الكلي لجميع الجسيمات دون الذرية المحتوية على كوارك ساحر، ولأنه من المتوقع على نطاق واسع أن يتم إنتاج و/أو تدمير بعض جسيمات J/ ψ عند بدء عملية تكوين الهادرونات في بلازما الكوارك -غلوون . وبالتالي، يوجد قدر من عدم اليقين بشأن الظروف السائدة عند التصادمات الأولية.

في الواقع، بدلاً من التثبيط، يُتوقع زيادة إنتاج جسيمات J/ ψ [ 11 ] في تجارب الأيونات الثقيلة في مصادم الهادرونات الكبير (LHC)، حيث يُفترض أن تكون آلية إنتاج الكواركات المركبة هي السائدة نظرًا للوفرة الكبيرة للكواركات الساحرة في بلازما الكواركات والغلوونات (QGP). إلى جانب جسيمات J/ ψ ، هناك ميزونات B الساحرة ( B).ج )، تقدم بصمة تشير إلى أن الكواركات تتحرك بحرية وترتبط حسب الرغبة عنداندماجها لتكوين الهادرونات. [ 12 ] [ 13 ]

اسم

بسبب الاكتشاف شبه المتزامن، يُعدّ جسيم J/ ψ الجسيم الوحيد الذي يحمل اسمًا من حرفين. أطلق عليه ريختر اسم "SP" نسبةً إلى مُسرِّع SPEAR المُستخدم في SLAC ؛ إلا أن هذا الاسم لم يُعجب أيًا من زملائه. بعد استشارة ليو ريسفانيس، المولود في اليونان ، لمعرفة الأحرف اليونانية المُتاحة، ورفضه لحرف " iota " لما يحمله من دلالة على عدم الأهمية، اختار ريختر اسم "psi" - وهو اسم، كما أشار جيرسون غولدهاير ، يحتوي على الاسم الأصلي "SP"، ولكن بترتيب عكسي. [ 14 ] ومن المُصادفة أن صور غرف الشرارة اللاحقة غالبًا ما تُشبه شكل جسيم psi. أطلق تينغ عليه اسم "J"، قائلًا إن الجسيمات الأكثر استقرارًا، مثل بوزونات W وZ، تحمل أسماءً رومانية، على عكس الجسيمات الكلاسيكية التي تحمل أسماءً يونانية. كما استشهد برمز التيار الكهرومغناطيسي. جμ(x){\displaystyle j_{\mu }(x)}[ 5 ] والذي ركزت عليه معظم أعمالهم السابقة، وهو أحد الأسباب.

اعتبر الكثير من المجتمع العلمي أنه من غير العدل إعطاء الأولوية لأحد المكتشفين الاثنين، لذلك أشارت معظم المنشورات اللاحقة إلى الجسيم باسم " J/ ψ ".

كانت الحالة المثارة الأولى لجسيم J/ ψ تُسمى ψ′، وتُعرف الآن باسم ψ(2S)، مما يدل على حالتها الكمومية. أما الحالة المثارة التالية فكانت تُسمى ψ″، وتُعرف الآن باسم ψ(3770)، مما يدل على كتلتها بوحدة MeV/ c² . وتُرمز حالات السحر والسحر المضاد الأخرى المتجهة بطريقة مماثلة باستخدام ψ والحالة الكمومية (إن عُرفت) أو الكتلة. [ 15 ] ولا يُستخدم الرمز "J"، لأن مجموعة ريختر كانت أول من اكتشف الحالات المثارة.

يُستخدم اسم شارمونيوم للإشارة إلى حالة الارتباط J/ ψ وغيرها من حالات الارتباط بين جسيم السحر وجسيم مضاد السحر. [ ب ] وهذا قياسًا على البوزيترونيوم ، الذي يتكون أيضًا من جسيم وجسيمه المضاد ( إلكترون وبوزيترون في حالة البوزيترونيوم).

انظر أيضاً

الحواشي

  1. ↑ غلين إيفرهارت، وتيري رودز، ومين تشين، وأولريش بيكر، في بروخافن أول من اكتشف ذروة 3.1 جيجا إلكترون فولت في معدلات إنتاج الأزواج.
  2. ↑ هناك نظامان مختلفان من الميزونات المحايدة عديمة النكهة : منخفضة الكتلة وعالية الكتلة.
    الميزونات الأخف وزناً، مثل البيون المتعادل ( π 0، الأخف بين جميع الميزونات)، η و η ′ ، ρ 0، ω 0وهكذا دواليك. سواء كانت ذات كتلة عالية أو منخفضة، بما أن جميع الميزونات عديمة النكهة لها أعداد كمومية تساوي صفرًا، فلا يمكن تمييزها إلا من خلال كتلها. عمومًا، يكون محتواها من الكواركات غير مرئي، وخاصة الميزونات عديمة النكهة ذات الكتلة المنخفضة، ليس فقط لأن كتلها الصغيرة المتشابهة جدًا يمكن الخلط بينها بسهولة، ولكن أيضًا لأن الجسيمات ذات الكتلة المنخفضة نفسها موجودة بالفعل على شكل مخاليط. على سبيل المثال، أقل كتلة بين جميع الميزونات هي البيون المتعادل ؛ وهو مزيج متساوٍ تقريبًا من أزواج الكوارك-مضاد الكوارك المتطابقة d و u .
    ومع ذلك، فإن الكواركات الثقيلة c و b تختلف في الكتلة بشكل كافٍ للتمييز بينها:

مراجع

  1. ↑ كابوستا، ج.؛ مولر، ب.؛ رافيلسكي، ج. (9 ديسمبر 2003). بلازما الكوارك-غلوون: الأسس النظرية: مجموعة إعادة طبع مشروحة . جلف بروفيشنال. ص 462. ISBN  978-0-444-51110-2تم الاطلاع عليه بتاريخ 25 سبتمبر 2014 – عبر كتب جوجل.
  2. ↑ «جائزة الفيزياء المشتركة للجسيمات الأولية» (بيان صحفي). الأكاديمية الملكية السويدية للعلوم . ١٨ أكتوبر ١٩٧٦. تاريخ الاطلاع: ٢٣ أبريل ٢٠١٢ .
  3. ↑ بيكرينغ، أ. (1984). بناء الكواركات . مطبعة جامعة شيكاغو . ص 114-125 . ISBN  978-0-226-66799-7.
  4. 1 2 SL Glashow، J. Iliopoulos و L. Maiani: "التفاعلات الضعيفة مع تناظر الليبتون-الهادرون" Phys. Rev.D 2 (1970) 1285.
  5. ناقشنا اسم الجسيم الجديد لبعض الوقت. أشار أحدهم إلى أن الجسيمات المستقرة المثيرة للاهتمام حقًا تُرمز إليها بأحرف لاتينية - مثل W⁰ المفترض ، والبوزون المتجه الوسيط، وZ⁰ ، وما إلى ذلك - بينما تُرمز الجسيمات "الكلاسيكية" بأحرف يونانية مثل ρ وω وما إلى ذلك. هذا، بالإضافة إلى حقيقة أن عملنا في العقد الماضي كان مُركزًا على التيار الكهرومغناطيسيجμ(x){\textstyle j_{\mu }(x)}أعطانا فكرة تسمية هذا الجسيم بجسيم J. صموئيل تينغ، محاضرة جائزة نوبل لاكتشاف جسيم J ، 11 ديسمبر 1976
  6. ↑ C. Dominguez و M. Greco: "Charm و EVDM والرنين الضيق في الإفناء" (نسخة أولية: 18 نوفمبر 1974، خادم وثائق مدينة مكسيكو/CERN)، نُشر في Lett. Nuovo Cim. 12 (1975) 439.
  7. ↑ T. Appelquist و HD Politzer: "الكواركات الثقيلة وإفناء e+e-" (تم تقديمه في 19 نوفمبر 1974)، نُشر في Phys. Rev. Lett. 34، 43، 1975.
  8. ↑ أ. دي روجولا و إس إل جلاشو: "هل تم العثور على السحر المقيد؟" (تم تقديمه في 27 نوفمبر 1974)، نُشر في Phys. Rev. Lett. 34، 46، 1975.
  9. ↑ ناكامورا، ك.؛ وآخرون ( مجموعة بيانات الجسيمات ) (2022). "J/ψ(1S)" (ملف PDF) . مجموعة بيانات الجسيمات . مجلة الفيزياء G. 37 ( 7A) 075021. مختبر لورانس بيركلي. Bibcode : 2010JPhG...37g5021N . doi : 10.1088/0954-3899/37/7A/075021 . 
  10. ↑ ماتسوي، ت.؛ ساتز، هـ. (1986). "كبح جسيم J/ψ بتكوين بلازما الكوارك-غلوون". رسائل الفيزياء ب . 178 (4): 416-422 . Bibcode : 1986PhLB..178..416M . doi : 10.1016/0370-2693(86)91404-8 . OSTI 1118865 . 
  11. ↑ ثيوز، آر إل؛ شرودتر، إم؛ رافيلسكي، جيه. (2001). "إنتاج مُعزز لجسيمات J/ψ في مادة الكواركات غير المحصورة". مجلة Physical Review C. 63 ( 5) 054905. arXiv : hep-ph/0007323 . Bibcode : 2001PhRvC..63e4905T . doi : 10.1103/PhysRevC.63.054905 . S2CID 11932902 . 
  12. ↑ شرودتر، م.؛ ثيوز، ر. ل.؛ رافيلسكي، ج. (2000). "إنتاج ميزون B c في التصادمات النووية فائقة النسبية". مجلة Physical Review C. 62 ( 2) 024905. arXiv : hep-ph/0004041 . Bibcode : 2000PhRvC..62b4905S . doi : 10.1103/PhysRevC.62.024905 . S2CID 119008673 . 
  13. ^ فولشر، ليرة لبنانية. رافيلسكي، J.؛ ثيوس، ر.ل (1999). “الميزونات B c كإشارة لإزالة الحبس”. أرخايف : hep-ph/9905201 .
  14. ↑ زيلينسكي، ل. (8 أغسطس 2006). "الفولكلور الفيزيائي" . كوارك نت . تم الاسترجاع في 13 أبريل 2009 .
  15. ↑ روس، م؛ وول، سي جي؛ ( مجموعة بيانات الجسيمات ) (2004). "مخططات تسمية الهادرونات" (ملف PDF) . تم الاطلاع عليه بتاريخ 13 أبريل 2009 .{{cite web}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )