Tekst źródłowy strony Bottomonium

{{Cząstka infobox
 |nazwa        = upsilon
 |oznaczenie   = ϒ, ϒ(1S)
 |typ          = bozon
 |klasyfikacja = mezon
 |ładunek      = 0
 |masa         = 9460,30±0,26&nbsp;MeV/c²<ref name="PDG">[http://pdglive.lbl.gov/listing.brl?fsizein=1&group=MXXX030 W.-M. Yao et al. (Particle Data Group)], J. Phys. G 33, 1 (2006) and 2007 partial update for the 2008 edition {{lang|en}}.</ref>
 |czas życia   = 
 |szerokość    = 54,02±1,25&nbsp;keV<ref name="PDG" />
 |spin         = 1<sup>−</sup>
 |generacja    = 3
 |rozpady      = 
 |postulowana  = 
 |odkryta      = 1977
}}
'''Bottomonium''' – ciężki [[mezony|mezon]], złożony z [[kwark]]u i antykwarku [[Kwark b|spodniego]] (zwanego też pięknym) <math>b.</math> Pierwszym odkrytym stanem jest wektorowy '''mezon ϒ''' (ypsilon, fizycy zazwyczaj wymawiają jako „upsilon”), ściślej ϒ(1S). Historycznie była to pierwsza odkryta cząstka zawierająca kwark trzeciej [[generacje cząstek elementarnych|generacji]].

Jest przykładem stanu zwanego [[kwarkonium]], czyli stanu związanego kwarku i jego antykwarku. Jest w związku z tym swoją własną [[antymateria|antycząstką]]. Lekkie stany mają małą szerokość (stosunkowo długi [[Czas połowicznego rozpadu|czas życia]]), ze względu na [[reguła OZI|regułę OZI]].

== Stany ==
Znanych jest szereg stanów bottomonium, oznaczanych ''[[mezon eta|η]]<sub>b</sub>'', <math>h_b,</math> <math>\Upsilon</math> i <math>\chi_b.</math> Poniższa tabela porównuje ich własności<ref>{{cytuj stronę |url = http://pdg8.lbl.gov/rpp2013v2/pdgLive/ParticleGroup.action?node=MXXX030 |tytuł = b{{nadkreślenie|b}} MESONS |opublikowany = pdg Live |data dostępu = 2014-05-30}}</ref>.
{| class="wikitable"
! Oznaczenie
! Masa [MeV/c²]
! Szerokość [MeV]
|-
| η<sub>b</sub>(1S)
| 9398,0±3,2
| 11<sup>+6</sup><sub>−4</sub>
|-
| ϒ(1S)
| 9460,30±0,26
| 0,05402±0,00125
|-
| χ<sub>b0</sub>(1P)
| 9859,44±0,42±0,31
|
|-
| χ<sub>b1</sub>(1P)
| 9892,78±0,26±0,31
|
|-
| h<sub>b</sub>(1P)
| 9899,3±1,0
|
|-
| χ<sub>b2</sub>(1P)
| 9912,21±0,26±0,31
|
|-
| η<sub>b</sub>(2S)
| 9999±4
| <24
|-
| ϒ(2S)
| 10023,26±0,31
| 0,03198±0,00263
|-
| ϒ(1D)
| 10163,7±1,4
|
|-
| χ<sub>b0</sub>(2P)
| 10232,5±0,4±0,5
|
|-
| χ<sub>b1</sub>(2P)
| 10255,46±0,22±0,50
|
|-
| h<sub>b</sub>(2P)
| 10259,8±1,2
|
|-
| χ<sub>b2</sub>(2P)
| 10268,65±0,22±0,50
|
|-
| ϒ(3S)
| 10355,2±0,5
| 0,02032±0,00185
|-
| χ<sub>b</sub>(3P)
| 10534±9
|
|-
| ϒ(4S) lub Υ(10580)
| 10579,4±1,2
| 20,5±2,5
|-
| X(10610)<sup>±</sup> lub Z<sup>b</sup>(10610)<ref name="tetrakwarki">{{cytuj| autor = Zhi-Gang Wang; Tao Huang |tytuł = The <em>Z<sub>b</sub>(10610)</em> and <em>Z<sub>b</sub>(10650)</em> as axial-vector tetraquark states in the QCD sum rules |czasopismo = Nuclear Physics A |wolumin = 930 |data = październik 2014 |s = 63–85 |doi = 10.1016/j.nuclphysa.2014.08.084 |arxiv = 1312.2652 [hep-ph] |język = en}}</ref>
| 10607,2±2,0
| 18,4±2,4
|-
| X(10650)<sup>±</sup> lub Z<sup>b</sup>(10650)<ref name="tetrakwarki" />
| 10652,2±1,5
| 11,5±2,2
|-
| ϒ(10860)
| 10876±11
| 55±28
|-
| ϒ(11020)
| 11019±8
| 79±16
|}

Znany jest jeden orbitalnie wzbudzony stan mezonu ϒ (J<sup>P</sup> = 2<sup>−</sup>), nazwany ϒ(1D)<ref>{{Cytuj| autor = *CLEO Collaboration (G. Bonvicini ''et al.'') |tytuł = First observation of a ϒ(1D) state |czasopismo = Physical Review D |wolumin = 70 |numer = 3 |s= 032001 |data = 2004-08-16 |doi = 10.1103/PhysRevD.70.032001 |arxiv = hep-ex/0404021 |język = en}}</ref>.

Naładowane cząstki Z<sup>b</sup>(10610) i Z<sup>b</sup>(10650) to prawdopodobnie [[tetrakwark]]i zawierające kwark denny i antydenny, o czym świadczą ich rozpady na stan bottomonium i naładowany lekki mezon<ref name="tetrakwarki" />.

== Historia odkrycia i badań ==
[[Plik:Upsilon peak.jpg|thumb|200px|Wykres masy niezmienniczej pary [[mion]]ów w eksperymencie E288. „Górka” nieco poniżej 10 GeV pochodzi z rozpadu mezonu ϒ.]]
Pierwsze doniesienie o odkryciu cząstki ypsilon zostało opublikowane w styczniu 1976 przez zespół E288 z [[Fermilab]]u, pracujący pod kierunkiem [[Leon Lederman|Leona Ledermana]]. Okazało się ono jednak błędne i zostało nazwane żartobliwie „[[Oops-Leon]]”.

Cząstka ypsilon została ostatecznie odkryta w roku 1977 przez ten sam zespół<ref>{{Cytuj |autor = S.W. Herb, D.C. Hom, L.M. Lederman, J.C. Sens, H.D. Snyder, J.K. Yoh, J.A. Appel, B.C. Brown, C.N. Brown, W.R. Innes, K. Ueno, T. Yamanouchi, A.S. Ito, H. Jöstlein, D.M. Kaplan, R.D. Kephart |tytuł = Observation of a Dimuon Resonance at 9.5 GeV in 400-GeV Proton-Nucleus Collisions |czasopismo = Physical Review Letters |data = 1977 |wolumin = 39 |numer = 5 |s = 252–255 |doi = 10.1103/PhysRevLett.39.252 |id = [http://lss.fnal.gov/archive/1977/pub/Pub-77-058-E.pdf preprint]}}</ref>. W eksperymencie analizowano produkty zderzeń wysokoenergetycznych [[proton]]ów z tarczami z ciężkich metali ([[miedź]], [[platyna]]), wykrywając wyprodukowane w zderzeniu [[mion]]y i mierząc ich [[pęd (fizyka)|pędy]]. Na wykresie [[masa spoczynkowa|masy niezmienniczej]] pary mionów zaobserwowano zwiększoną liczbę przypadków przy masie około 9,5&nbsp;GeV/c². Nadmiar ten został zinterpretowany jako efekt produkcji nowej cząstki i jej niemal natychmiastowego rozpadu:
: <math>\Upsilon\to\mu^+\mu^-.</math>

=== Eksperymenty elektron-pozyton ===
Zderzenia elektronów z pozytonami <math>(e^+ e^-)</math> są idealną metodą produkcji i badania własności stanów kwarkonium. [[Cząstka wirtualna|Wirtualny]] [[foton]] powstały w [[anihilacja|anihilacji]] elektronu i pozytonu może rozpaść się na parę kwark-antykwark, o ile tylko jego energia jest dostatecznie wysoka dla wyprodukowania takiej pary. Jeżeli przy tym powstająca para może utworzyć stan związany (kwarkonium), następuje rezonansowe zwiększenie [[przekrój czynny|przekroju czynnego]] na zderzenie elektron-pozyton. Zmieniając energię zderzających się cząstek i mierząc przekrój czynny, można obserwować stany kwarkonium i precyzyjnie mierzyć ich masy.

Krótko po ogłoszeniu odkrycia w roku [[1978]] pracujący w [[DESY]] akcelerator DORIS został pospiesznie zmodyfikowany, by jego wiązki mogły osiągnąć energię 5&nbsp;GeV. Pracujące przy nim eksperymenty PLUTO i DASP szybko odnalazły [[rezonans (cząstka)|rezonans]] ϒ i zmierzyły jego parametry. W kilka miesięcy później odkryto drugi stan, <math>\Upsilon'</math> (obecnie oznaczany ϒ(2S))<ref>J.K. Bienlein ''et al.'', ''Observation of a narrow resonance at 10.02 GeV in e<sup>+</sup>e<sup>−</sup> annihilations'', Phys. Lett. B '''78''' (1978) 360<br />C.W. Darden ''et al.'', ''Evidence for a narrow resonance at 10.01 GeV in electron-positron annihilations'', Phys. Lett. B '''78''' (1978) 364.</ref>. Dopiero te pomiary jednoznacznie potwierdziły, że ϒ rzeczywiście jest cząstką zbudowaną z nowej generacji kwarków<ref>H.Schopper ''[http://argus-fest.desy.de/e301/e315/ARGUS_SchopperRev.pdf Launching DORIS II and ARGUS]'', prezentacja w DESY 09.11.2007.</ref>. W roku [[1979]] uruchomiony został nowy [[pierścień akumulacyjny]] CESR na [[Uniwersytet Cornella|Uniwersytecie Cornella]]. Szybko potwierdził odkrycia DORIS i odkrył kolejne dwa stany wzbudzone<ref>K. Berkelman, ''[http://www.lns.cornell.edu/public/CLNS/2002/CLNS02-1784/history.pdf A Personal History of CESR and CLEO]'', Cornell Univ. report CLNS 02/1784.</ref>.

Przez następne kilkanaście lat DORIS i CESR prowadziły badania w obszarze energetycznym odpowiadającym rezonansom ϒ. Ich efektem były m.in.:
* odkrycie znanego obecnie spektrum stanów ϒ;
* dokładne wyznaczenie mas i szerokości wszystkich stanów;
* odkrycie innych stanów spinowych układu <math>b\overline{b},</math> nazwanych χ<sub>b</sub>.

=== LHC ===
Stan χ<sub>b</sub> (3P) (w niesformatowanym tekście [[ASCII]] chi_b (3P)) bottomonium był pierwszą cząstką odkrytą w [[Wielki Zderzacz Hadronów|Wielkim Zderzaczu Hadronów]]. Artykuł o tym odkryciu został wysłany do [[arXiv]] 21 grudnia 2011<ref>{{Cytuj stronę |url = http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-16301908 |tytuł = LHC reports discovery of its first new particle |autor = Jonathan Amos |opublikowany = BBC |język = en}}</ref><ref name="arxivchib3p">{{Cytuj |url = http://arxiv&x2E;org/abs/1112.5154 |tytuł = [1112.5154] Observation of a new chi_b state in radiative transitions to Upsilon(1S) and Upsilon(2S) at ATLAS |opublikowany = arxiv.org |data = 2011-12-21 |język = en}}</ref> i opublikowany w kwietniu [[2012]] r. w czasopiśmie „[[Physical Review Letters]]”<ref name="physrevlett">{{cytuj pismo |autor = G. Aad et al. (ATLAS Collaboration) |tytuł = Observation of a New χ<sub>b</sub> State in Radiative Transitions to Y(1S) and Y(2S) at ATLAS |czasopismo = Physical Review Letters |wolumin = 108 |numer = 15 |strony = 152001 |doi = 10.1103/PhysRevLett.108.152001}}</ref>.

== Wykorzystanie ==
Ciężkie kwarkonia, a więc w szczególności i cząstka ϒ, stanowią doskonałe laboratorium do sprawdzania przewidywań [[chromodynamika kwantowa|chromodynamiki kwantowej]]. Obliczone przez QCD energie stanów wzbudzonych są porównywane ze zmierzonymi, a wyniki wykorzystywane są do ulepszania metod obliczeniowych i wyznaczania parametrów teorii<ref>{{cytuj książkę |nazwisko = Perkins |imię = Donald H. |tytuł = Wstęp do fizyki wysokich energii |wydawca = Wydawnictwo Naukowe PWN |miejsce = Warszawa |rok = 2005 |isbn = 83-01-14246-4 |strony = 104–110}}</ref>.

=== ϒ(4S) ===
Stan ϒ(4S) jest szczególnie interesujący z eksperymentalnego punktu widzenia, ponieważ jego masa jest minimalnie wyższa od podwojonej masy [[mezon B|mezonu B]]. Dzięki temu ϒ(4S) rozpada się niemal w 100% na pary mezonów B<ref name="PDG" />:
:: <math>\Upsilon(4S) \to B^+B^-</math>

lub
:: <math>\Upsilon(4S) \to B^0\overline{B}{}^0.</math>

Rozpady ϒ(4S) stanowią bardzo „czyste” źródło mezonów B, umożliwiające precyzyjne badanie ich własności. Tak zwane „fabryki B” – akceleratory zbudowane specjalnie do badań nad tymi mezonami, pracują przy energii w układzie [[środek masy|środka masy]] zderzających się cząstek równej masie tego stanu.

== Przypisy ==
{{Przypisy}}

{{Cząstki elementarne}}

{{Kontrola autorytatywna}}

[[Kategoria:Mezony]]