Symetria kwarkowo – leptonowa



Do opisu cząstek i ich rozpadów, które poznano do końca lat 60-tych, wystarczały cztery leptony: ,  oraz trzy kwarki: (u, d)  i (s). Niektóre doświadczenia dotyczące rozpadów (rządzonych przez oddziaływania słabe) sugerowały, że do pełnej symetrii modelu potrzebny jest czwarty kwark.  Zachodziły bowiem reakcje, w których obserwowano przemiany





Brakowało natomiast przemiany: 




Przypuszczano, że czwarty kwark musi być cięższy od kwarku s i nieść jeszcze jedną liczbę kwantową (podobnie jak kwark s „niesie” dziwność).  Liczbę tą nazwano powabem (od ang. charm) i oznaczono C. Kwark powabny oznaczono literką c .


Pierwszą odkrytą cząstką, która zawierała kwark powabny był mezon oznaczony symbolem J/psi, który odkryły w 1974 roku dwa niezależne zespoły w SLAC oraz Brookhaven. W SLAC wyprodukowano ten mezon anihilując ze sobą elektrony i pozytony. Rejestrowano przy tym rozpad tej cząstki na hadrony. W Brookhaven natomiast mezon ten wyprodukowano przy pomocy hadronów i rejestrowano jego rozpad na elektron i pozyton.


Rys. 1. Produkcja mezonu J/psi w SLAC.


Rys.2. Produkcja mezonu J/psi w Brookhaven.

           

Odkrycie czwartego kwarku zmusiło do rozszerzenia trypletu kwarkowego na kwartet. Cała dotychczasowa klasyfikacja hadronów uległa zatem rozszerzeniu o nowe rodziny mezonów i barionów, które zawierały jeden, dwa lub trzy kwarki powabne. Potwierdzenie istnienia czwartego kwarka oraz symetrii kwarkowo - leptonowej utwierdziło przekonanie o bardzo bliskim pokrewieństwie kwarków oraz leptonów, które stanowią najbardziej elementarne składniki materii.

           
W 1975 roku w Stanford odkryto kolejny, ciężki lepton o masie około 2 GeV i ładunku elektrycznym Q = -1 . Lepton ten otrzymał nazwę taon. Wkrótce znaleziono także odpowiadające mu neutrino. Dla symetrii kwarkowo – leptonowej, obok trzeciej generacji leptonów, należało spodziewać się trzeciej generacji kwarków. Po ich odkryciu oznaczono je literami t ( od ang. top) oraz b (od ang. bottom).


Pod koniec lat 70-tych znaleziono pierwsze mezony z kwarkiem b. Masy odkrytych mezonów pozwoliły określić masę kwarku b na około 4.8 GeV.  W drugiej połowie lat  80-tych odkryto pierwsze hadrony, które zawierały kwark t. Na podstawie mas tych hadronów ustalono, że masa kwarku t wynosi ponad 150 GeV. Symetria kwarkowo-leptonowa wygląda zatem następująco:



I generacja
II generacja
III generacja
Ładunek elektryczny
KWARKI
u
c
t
+2/3
d
s
b
-1/3
LEPTONY



-1



0
Tabela: Symetria kwarkowo – leptonowa.


Kwarkowy model hadronów
Kolor
Gluony

idź do spisu treści