B-мезон

B-мезоны — мезоны, якія складаюцца з b-антыкварка і верхняга (${\displaystyle \mathrm {B^{+}} }$), ніжняга (${\displaystyle \mathrm {B^{0}} }$), дзіўнага (${\displaystyle \mathrm {B_{s}^{0}} }$) ці чароўнага (${\displaystyle \mathrm {B_{c}^{+}} }$) кварка.

Спалучэнне b-антыкварка і t-кварка (${\displaystyle \mathrm {t{\bar {b}}} }$) лічыцца немагчымым з-за кароткага часу жыцця апошняга^[1]. Спалучэнне b-антыкварка і b-кварка (${\displaystyle \mathrm {b{\bar {b}}} }$) з'яўляецца не B-мезонам, а батамоніем^[ru].

Кожны B-мезон мае антычасціцы, якія складаюцца з b-кварка і верхняга (${\displaystyle \mathrm {B^{-}} }$), ніжняга (${\displaystyle \mathrm {{\bar {B}}^{0}} }$), дзіўнага (${\displaystyle \mathrm {{\bar {B}}_{s}^{0}} }$) ці чароўнага (${\displaystyle \mathrm {B_{c}^{-}} }$) антыкваркаў, адпаведна.

Упершыню B-мезоны былі выяўлены ў 1983 годзе на дэтэктары CLEO^[en].

Характарыстыкі

B-мезоны

Часціца	Сімвал	Анты- часціца	Кваркавы састаў	Зарад	Ізаспін (I)	Спін і цотнасць (JP)	Энергія спакою (МэВ/c²)	S	C	B'	Час жыцця (с)	Асноўная мода распаду
B-мезон	${\displaystyle \mathrm {B^{+}} }$	${\displaystyle \mathrm {B^{-}} }$	${\displaystyle \mathrm {u{\bar {b}}} }$	+1	1⁄2	0−	5279.15±0.31	0	0	+1	1.638±0.011×10−12	Гл. B± моды распаду
Нейтральны B-мезон	${\displaystyle \mathrm {B^{0}} }$	${\displaystyle \mathrm {{\bar {B}}^{0}} }$	${\displaystyle \mathrm {d{\bar {b}}} }$	0	1⁄2	0−	5279.53±0.33	0	0	+1	1.530±0.009×10−12	Гл. B0 моды распаду
Дзіўны B-мезон[en]	${\displaystyle \mathrm {B_{s}^{0}} }$	${\displaystyle \mathrm {{\bar {B}}_{s}^{0}} }$	${\displaystyle \mathrm {s{\bar {b}}} }$	0	0	0−	5366.3±0.6	−1	0	+1	1.470±0.027×10−12	Гл. B0s моды распаду
Чароўны B-мезон	${\displaystyle \mathrm {B_{c}^{+}} }$	${\displaystyle \mathrm {B_{c}^{-}} }$	${\displaystyle \mathrm {c{\bar {b}}} }$	+1	0	0−	6276±4	0	+1	+1	0.46±0.07×10−12	Гл. B±c моды распаду

B-мезон-антымезонныя асцыляцыі

Асноўны артыкул: B-мезон-антымезонныя асцыляцыі

Нейтральныя B-мезоны, B⁰ і B0s, могуць спантанна ператварацца ў свае антычасціцы і наадварот. Гэта з'ява называецца асцыляцыяй водараў^[en]. Існаванне асцыляцыі нейтральных B-мезонаў з'яўляецца адным з асноўных прадказанняў Стандартнай мадэлі элементарных часціц. Яна была вымерана ў сістэме ${\displaystyle \mathrm {B^{0}-{\bar {B}}^{0}} }$ і склала^[2] каля 0,496 пс⁻¹, а ў сістэме ${\displaystyle \mathrm {B_{s}^{0}-{\bar {B}}_{s}^{0}} }$ — каля Δm_s = 17,77 ± 0,10_стат. ± 0,07_сіст. пс⁻¹. Вымярэнні праводзіліся ў эксперименте CDF^[en] лабараторыі Фермі^[3]. Першая ацэнка ніжняй і верхняй граніц велічыні асцыляцыі для сістэмы ${\displaystyle \mathrm {B_{s}^{0}-{\bar {B}}_{s}^{0}} }$ была праведзена таксама лабараторыяй Фермі ў эксперыменце D0^[en][4].

25 верасня 2006 года лабараторыя Фермі аб'явіла аб пацвярджэнні раней тэарэтычна адкрытых B_s-мезонных асцыляцый^[5]. Па даных прэс-рэліза лабараторыі Фермі:

Гэта першае значнае адкрыццё Run 2 працягвае традыцыю адкрыццяў лабараторыі Фермі ў фізіцы часціц, дзе былі адкрыты ніжні (1977) і верхні (1995) кваркі. На здзіўленне, незвычайныя паводзіны B_s-мезонаў фактычна прадказваюцца Стандартнаю мадэллю элементарных часціц і сіл. Адкрыццё гэтых хістальных паводзін, такім чынам, яшчэ раз пацвярджае дакладнасць Стандартнай мадэлі…

Раней на CDF фізікі вымералі скорасць пераходаў рэчыва-антырэчыва для B_s мезона, састаўленага з цяжкага прывабнага кварка, звязанага моцным ядзерным узаемадзеяннем з дзіўным антыкваркам. Цяпер яны дасягнулі стандарту для адкрыццяў у вобласці фізікі часціц, дзе імавернасць памылковых назіранняў павінна быць доказна меншая, чым 5 к 10 млн. (⁵⁄_10 000 000). Для вынікаў CDF гэта імавернасць яшчэ меншая, 8 к 100 млн. (⁸⁄_{100 000 000}).

Арыгінальны тэкст (англ.)  

This first major discovery of Run 2 continues the tradition of particle physics discoveries at Fermilab, where the bottom (1977) and top (1995) quarks were discovered. Surprisingly, the bizarre behavior of the B_s (pronounced "B sub s") mesons is actually predicted by the Standard Model of fundamental particles and forces. The discovery of this oscillatory behavior is thus another reinforcement of the Standard Model's durability...

CDF physicists have previously measured the rate of the matter-antimatter transitions for the B_s meson, which consists of the heavy bottom quark bound by the strong nuclear interaction to a strange antiquark. Now they have achieved the standard for a discovery in the field of particle physics, where the probability for a false observation must be proven to be less than about 5 in 10 million (5/10,000,000). For CDF's result the probability is even smaller, at 8 in 100 million (8/100,000,000).

Рональд Котлак, які піша для Chicago Tribune, назваў часціцу «эксцэнтрычнай» (англ.: «bizarre») і заявіў, што мезон «можа адкрыць дзверы ў новую эру фізікі» з-за яго даказанага ўзаемадзеяння са «злавесным царствам антыматэрыі» (англ.: «spooky realm of antimatter»)^[6].

14 мая 2010 года фізікі з Нацыянальнай паскаральнай лабараторыі Фермі паведамілі, што для матэрыі асцыляцыі затухаюць на 1 % часцей, чым для антыматэрыі, што можа памагчы растлумачыць перавагу рэчыва над антырэчывам у назіраемым Сусвеце^[7]. Тым не менш, вынікі, атрыманыя пасля апрацоўкі вялікіх аб'ёмаў даных з дэтэктара LHCb, не паказалі някіх істотных адхіленняў ад Стандартнай мадэлі^[8].

Рэдкія распады

B-мезоны з'яўляюцца важнай пробай для аналізу квантавай хромадынамікі^[9]. Розныя незвычайныя каналы распаду B-мезонаў адчувальныя да фізічных працэсаў за межамі Стандартнай мадэлі. Вымярэнне гэтых рэдкіх прадуктаў распаду ўстанаўлівае абмежаванні на новыя часціцы. Эксперымент LHCb шукаў і назіраў некалькі гэтых распадаў, такіх як B_s → µ⁺µ⁻.^[10]

21 лютага 2017 года калабарацыя LHCb аб'явіла, што рэдкі распад нейтральнага B-мезона на два процілегла зараджаныя каоны назіраўся са статыстычнай значнасцю^[en] 5σ.^[11]