Η παραγωγή και η διάσπαση του κορυφαίου (top) κουάρκ

Όταν συγκρούονται πρωτόνια με αντιπρωτόνια παράγονται ζεύγη από κορυφαία κουάρκ (top quarks) (*) . Αυτό μπορεί να συμβεί μόνο όταν η ολική ενέργεια της σύγκρουσης είναι μεγαλύτερη από το διπλάσιο της μάζας του κορυφαίου κουάρκ. Επειδή το κορυφαίο κουάρκ είναι αρκετά βαρύ (περίπου 172 GeV), τέτοιες συγκρούσεις είναι πολύ σπάνιες – στην πράξη σε κάθε δέκα δισεκατομμύρια συγκρούσεις πρωτονίων-αντιπρωτονίων παράγεται ένα ζεύγος κορυφαίων κουάρκς. Έχοντας πολύ μεγάλη μάζα το κορυφαίο κουάρκ είναι πολύ εύκολο να διασπαστεί σε ένα μποζόνιο W και ένα χαμηλό-κουάρκ (b-quark ή bottom quark). Το b-κουάρκ παράγει έναν αδρονικό πίδακα(jet) – ένα προσανατολισμένο ρεύμα ενεργητικών αδρονίων. Το μποζόνιο W διασπάται σε ένα ζεύγος νετρίνων του ηλεκτρονίου ή σε ένα ζεύγος νετρίνων του μιονίου ή σε ένα ζεύγος νετρίνων ταυ ή ένα ζεύγος από quarks. Επειδή τα κουάρκς εμφανίζονται σε τρία χρώματα και υπάρχουν τρία δυνατά ζεύγη κουάρκς στα οποία το W μπορεί να αποσυντεθεί [ud (up-down) ή cs (charm-strange) ενώ κουάρκ της τρίτης γενιάς δεν εμφανίζονται λόγω της μεγάλης μάζας του κορυφαίου κουάρκ], υπάρχουν συνολικά έξι πιθανοί τρόποι διάσπασης ζευγών κουάρκς έναντι μόνο τριών λεπτονικών διασπάσεων, οπότε το δημοκρατικό μποζόνιο W επιλέγει με πιθανότητα ένα προς εννέα την κάθε μια....

Τα τελικά προϊόντα από την παραγωγή του ζεύγους των κορυφαίων κουάρκ και της αλυσίδας των διαδοχικών διασπάσεων εξαιτίας των δυο b-jets (ένα από το καθένα b-κουάρκ που παράγονται όταν το κάθε b-κουάρκ εκπέμπει ένα W), και είτε τέσσερα επιπλέον αδρονικά jets (από δυο W→qq διασπάσεις) ή δυο jets και ένα ζεύγος λεπτονικών νετρίνων ή δυο ζεύγη λεπτονικών νετρίνων. Οι φυσικοί ονομάζουν αυτές τις περιπτώσεις ως “all-hadronic”, “lepton plus jets” και “dileptonic”, επειδή το διακριτικό γνώρισμα του καθενός είναι η παρουσία κανενός, ενός ή δυο φορτισμένων λεπτονίων....
(*) εναλλακτικά: top quark = υψηλό κουάρκ
science20.com/quantum_diaries_survivor