Іпсилон-мезон

Розподіл інваріантної маси двох мюонів зі статті про відкриття Іпсилон-мезона. Пік коло 9,5 ГеВ походить від Y(1S) мезона, в той час як широкий розподіл справа від нього — від Y(2S) та Y(3S) мезонів.

Піки Y(1S), Y(2S) та Y(3S) мезонів в розподілі інваріантної маси двох мюонів в детекторі CMS на ВАК, CERN.

Іпсилон-мезони (зустрічається також вимова «Упсилон-мезони») — електрично нейтральні елементарні частинки з ізотопічним спіном 0, кварконій (тобто безароматний мезон), що складаються з b-кварка та b-антикварка (боттомоній). Іпсилон-мезони мають негативні парність та зарядову парність.

Перший іпсилон-мезон $\mathrm{{\rm Y}}(1S)$ відкритий у «Фермілабі» в 1977 році на експерименті E288 під керівництвом Леона Ледермана, у зіткненнях протонів енергією 400 ГеВ з фіксованою мішенню. Ці мезони були першими на той час відомими частинками, до складу яких входить b-кварк.

Характеристики

Іпсилон-мезони є істинно нейтральними частинками, тобто є античастинками для самих себе. Як і загалом для кварконіїв, назви їх станів подаються згідно з спектроскопічною нотацією: в дужках вказується головне квантове число та буквенне позначення орбітального квантового числа. Якщо ж точні властивості певного стану ще не встановлені, в дужках вказується його маса в МеВ.

Перші три стани $\mathrm{{\rm Y}}(1S)$, $\mathrm{{\rm Y}}(2S)$ та $\mathrm{{\rm Y}}(3S)$ розташовані нижче порогу розпаду в два B-мезони і тому мають достатньо довгий час життя як для такої масивної частинки (див. Правило Окубо-Цвейга-Ізуки) та великі ймовірності електромагнітних розпадів. Завдяки цьому, їх легко виявити експериментально з допомогою їх розпадів у два мюони або два електрони: вони проявляються у вигляді вузьких піків в розподілі інваріантної маси. Ця властивість є зручною для калібрування шкали маси нових детекторів елементарних частинок.

Стан $\mathrm{{\rm Y}}(4S)$ розташований лише трохи вище за поріг розпаду на два B-мезони (нейтральні або заряджені), і тому його домінантними каналами розпаду є $B^0{\overline{B}}^0$ та $B^{+}{B}^{-}$, що мають приблизно рівну ймовірність (невелика різниця виникає через різницю в масі зарядженого та нейтрального B-мезонів та через кулонівську взаємодію), при цьому два мезони перебувають в сплутаних квантових станах. Ця властивість використовується у так званих «B-фабриках» — експериментах, що вивчають B-мезони (див. Belle II, BaBar).

Іпсилон-мезони

Частинка	Кварковий склад	Маса, МеВ	IG	JPC	Q	S	c	b	Час життя, с	Основний канал розпаду
$\mathrm{{\rm Y}}(1S)$	$b\overline{b}$	9460,30 ± 0,23	0−	1−−	0	0	0	0	Шаблон:Val	два лептони; легкі адрони
$\mathrm{{\rm Y}}(2S)$	$b\overline{b}$	10023,26 ± 0,31	0−	1−−	0	0	0	0	Шаблон:Val	$\mathrm{{\rm Y}}(1S)\pi \pi$; два лептони
$\mathrm{{\rm Y}}(3S)$	$b\overline{b}$	10355,2 ± 0,5	0−	1−−	0	0	0	0	Шаблон:Val	$\mathrm{{\rm Y}}(2S)\pi \pi$; два лептони
$\mathrm{{\rm Y}}(4S)$	$b\overline{b}$	10579,4 ± 1,2	0−	1−−	0	0	0	0	Шаблон:Val	$B\overline{B}$
$\mathrm{{\rm Y}}(5S)$ або $\mathrm{{\rm Y}}(10860)$	$b\overline{b}$	10885 ± 2	0−	1−−	0	0	0	0	Шаблон:Val	$B^{(*)}{\overline{B}}^{(*)}$; $B_s^{*}\overline{B_s^{*}}$