Топ-кварк

    После открытия b-кварка было установлено существование трех кварков (d, s, b) с электрическим зарядом Q = -1/3 и двух кварков (u, c) с зарядом Q = +2/3. Имелись веские теоретические аргументы в пользу существования шестого, самого тяжелого кварка с зарядом Q = +2/3.
    Из теоретический соображений следовало, что если масса t кварка больше 85 ГэВ, то основными каналами распада t- и -кварков должны быть

t → W+ + b,

→ W− + .

W-бозоны распадаются на 2 лептона (eν_e,μν_μ) или на кварк - антикварковую пару u (d). Таким образом, при распаде t-кварков наблюдаются либо два лептона и одна адронная струя, вызванная b-кварком, либо три адронные струи вызванные b-, u- и -кварками.

Рис. 1. Схемы распадов t-кварков

В таких распадах можно измерить все импульсы, образующихся частиц за исключением нейтрино. Дополнительным критерием правильности отбора событий может быть равенство эффективной массы двух адронных струй массе W-бозона.
    Эксперименты по поиску t-кварков были поставлены на Теватроне (Фермилаб, США). t-Кварк был открыт в 1997 г. На рис. 2 показана схема образования t- и -кварков в этом эксперименте в столкновении пучком протонов и антипротонов.

Рис. 2а. Схема образования t- и -кварков при столкновении протонного и антипротонного пучков	Рис. 2б. Схема образования t- и -кварков на кварковом уровне

Рис. 3. Схема распада пары t-кварков

    На рис. 3 показана схема распада, образующейся пары
t-кварков. На рис. 4 показаны кварковые струи, образующиеся при распаде пары t-кварков.
    Масса t-кварка m = 178.0 + 4.3 ГэВ, электрический заряд Q = +2/3, квантовое число  топ t = +1, спин J, четность P изоспин I

(J^P)I = (1/2⁺)0.

t-Кварк имеет время жизни τ < 10^-25 c, поэтому он не порождает семейства адронов, содержащих этот кварк.  Столь малое время жизни t-кварка обусловлено большим энерговыделением при превращении t-кварка в b-кварк (m(t) - m(b) = 145 МэВ). Как известно, среднее время частицы, распадающейся в результате слабого взаимодействия обратно пропорционально энергии распада E в пятой степени

 ~ E^-5.

Рис. 4. Кварковые струи, образующиеся при распаде пары t-кварков

• Д.Перкинс. "Открытие t-кварка"
• A precision measurement of the mass of the top quark

16.11.15