Bottenkvark (skönhetskvark, b-kvark) – definition, egenskaper & sönderfall
Upptäck bottenkvarkar (skönhetskvark): definition, egenskaper, laddning −1/3, roll i B‑mesoner och sönderfall till charm/upkvarker på ~10⁻¹² s — allt du behöver veta.
Bottenkvarkar eller skönhetskvarkar (b‑kvarkar) är de näst massivaste av elementarpartiklarna (partiklar som inte kan delas upp vidare). De tillhör familjen kvarkar och är fermioner med spinn 1/2. Bottenkvarkar har en elektrisk laddning på −1/3, på samma sätt som dunkvarkar. På grund av färgkonfination kan bottenkvarkar inte existera fritt utan binds in i hadroner, till exempel i olika B‑mesoner och i bottenbaryoner.
Egenskaper
- Massan: Bottenkvarkens massa är betydligt större än för lättare kvarkar. Beroende på definition (running mass vs. pole mass) ligger värdet ungefär i intervallet 4,2–4,8 GeV/c².
- Spinn och statistik: Spinn 1/2 → fermion, följer Fermi–Dirac‑statistik.
- Färgkväve: Deltar i den starka växelverkan och bär en färgladdning (tre färger enligt kvantkromodynamiken).
- Flavors: Bottenkvarken är en tredje generationens kvark med en egen flavorskvanttal (ibland kallat beauty eller bottomness), som bevaras i starka och elektromagnetiska växelverkningar men inte i svaga.
Bildning och sönderfall
Bottenkvarkar skapas i högenergetiska kollisioner, till exempel i partikelacceleratorer och kosmiska processer. Efter produktion hadroniseras de snabbt och bildar hadroner som B‑mesoner (t.ex. B+, B0, Bs, Bc) eller bottenbaryoner (t.ex. Λb).
Alla fria bottenkvarkar i hadroner kommer slutligen att sönderfalla via den svaga kraften. Den dominerande sönderfallskanalen är genom växelverkning med utsändning av en W‑boson, vilket leder till övergångar till tyngre eller lättare kvarksmaker. Typiska huvudkanaler är b → c (till charmkvarkar) eller b → u (till upkvarkar), styrda av CKM‑matrisens element (exempelvis V_cb och V_ub). Livstiderna för botteninnehållande hadroner ligger typiskt runt 10−12 sekunder (ofta i intervallet ~1–2 × 10−12 s beroende på specifik hadron).
Sönderfallen ger upphov till en mängd olika slutstater, inklusive semileptoniska decayer (med en lepton och neutrino), hadroniska decayer och sällsynta loop‑processer. Studier av dessa kanaler är särskilt viktiga för att testa Standardmodellen och för att söka efter tecken på ny fysik.
Betydelse i partikelfysik
- CP‑brott: B‑mesonernas sönderfall används för att mäta CP‑brott (skillnad mellan materia och antimateria) och har spelat en central roll i bekräftelsen av Standardmodellens mekanismer för CP‑symmetribrott.
- Precisionstester: Mätningar av bottenkvarkens egenskaper och dess sönderfallsgrenar ger precisa tester av kvarkmixning och QCD‑effekter (t.ex. via Heavy Quark Effective Theory).
- Sökande efter ny fysik: Sällsynta decayer och avvikande fördelningar i B‑sönderfall är känsliga indikatorer på nya partiklar eller krafter bortom Standardmodellen.
- Experimentella anläggningar: Stora experiment som LHCb vid CERN och tidigare B‑fabriker som Belle/BaBar är specialiserade på att producera och mäta bottenkvarkar med hög precision.
Historia och nomenklatur
Bottenkvarken (engelska: bottom eller beauty) upptäcktes indirekt genom observationen av Υ (upsilon)‑systemet på 1970‑talet, vilket bekräftade förekomsten av en ny tung kvark. Namnet "skönhetskvark" används oftare i svenska populärvetenskapliga texter, medan "bottenkvark" eller "b‑kvark" är vanliga beteckningar i teknisk litteratur.
Sammanfattningsvis är bottenkvarken en tung, spinn‑1/2 kvark med laddning −1/3 som spelar en nyckelroll i studier av den svaga växelverkan, CP‑brott och sökandet efter fysik bortom dagens teorier. Trots att den inte kan observeras fri på grund av färgkonfination, lämnar dess sönderfall tydliga och mätbara spår i experimentella detektorer.
Frågor och svar
F: Vad är bottenkvarkar?
S: Bottenkvarkar, även kända som skönhetskvarkar, är elementarpartiklar och de näst tyngsta av alla elementarpartiklar.
F: Vilken laddning har bottenkvarkar?
S: Laddningen hos bottenkvarkar är -1/3, vilket liknar den hos nedkvarkar.
F: I vilka partiklar hittar man vanligtvis bottenkvarkar?
S: Bottenkvarkar finns i partiklar som B-mesoner.
F: Är bottenkvarkar vanliga?
S: Nej, bottenkvarkar är inte särskilt vanliga.
F: Vad är sönderfallstiden för bottenkvarkar?
S: Alla bottenkvarkar sönderfaller till charmkvarkar eller uppkvarkar på ca 10-12 sekunder på grund av den svaga kraften.
F: Vilken typ av partiklar är alla kvarkar?
S: Alla kvarkar är elementarpartiklar.
F: Vilken är den tyngsta av alla elementarpartiklar?
S: Det nämns inte i den givna texten.
Sök