IL QUARK TOP
Il sesto sapore (tipo) di quark, il quark top, è il
quark con massa maggiore. E' circa 35.000 volte più grande dei quark up e down, che
compongono la maggior parte della materia che vediamo attorno a noi. Il 2 marzo 1995 il
Fermilab ha annunciato la scoperta del quark top. Dei sei quark previsti dalla teoria
corrente, il quark top è stato l'ultimo a venire osservato sperimentalmente.
La ricerca era iniziata nel 1977, quando era stato trovato il quinto quark, il bottom,
sempre a Fermilab. Ci è voluto molto tempo, perché il quark top era molto più massivo
di quanto si prevedesse originariamente, e perciò occorreva un acceleratore molto più
potente per riuscire a crearlo.
Anche se il quark top decade troppo velocemente per poter essere osservato, si lascia
dietro delle particelle che permettono di identificare la sua esistenza -- una specie di
"firma". Il quark top può decadere in più di una maniera. Dato che un quark
top appare solo una volta su vari miliardi di collisioni, è stato necessario realizzare
milioni di miliardi di collisioni.
I fisici ancora non sanno spiegare perché il top abbia una massa così grande. E' 40
volte più pesante del più pesante tra gli altri quark, ed è circa 35.000 volte più
pesante dei quark up e down che compongono la maggior parte della materia che possiamo
vedere attorno a noi.
La produzione di quark top
protone + antiprotone --> top + anti-top
Un quark (di un protone) e un antiquark (di un antiprotone) collidendo ad alta energia
possono annichilarsi e produrre un quark top e un anti-top, che poi decadono in altre
particelle.
•1: Un quark di un protone e un antiquark di un antiprotone corrono uno contro l'altro.
•2: I quark collidono e si annichilano....
•3: ...producendo gluoni virtuali.
•4: Un quark top e un anti-top emergono dalla nube di gluoni.
•5: Questi quark iniziano ad allontanarsi, allungando il campo di forza di colore (campo di gluoni) che li lega.
•6: Senza andare molto lontano, il quark top e l'anti-top decadono rispettivamente in un bottom e un anti-bottom, emettendo particelle W, mediatori di forza.
•7: I nuovi quark bottom e anti-bottom rimbalzano via dalle W.
•8: Un elettrone e un neutrino si creano dal bosone virtuale W-, e un quark up e un anti-down si creano dal bosone virtuale W+.
•9: Il quark bottom e l'anti-bottom, l'elettrone, il neutrino, il quark up e l'anti-down si allontanano gli uni dagli altri.
Le fasi intermedie di questo processo avvengono in meno di un miliardesimo di miliardesimo di miliardesimo di secondo, e non sono osservabili.
Un evento di quark top
Il quark top decade in un quark bottom e una W+; quindi la W+ decade in un positrone (e+) e un neutrino-e, mentre il quark bottom (che appare come un mesone neutro anti-B) decade nel getto 4.
Il quark anti-top decade in un quark antibottom e una W-; quindi la W- decade in un quark anti-up (getto 2 o 3) e un quark down (getto 3 o 2), mentre il quark anti-bottom (mesone neutro B) decade nel getto 1.
(Non possiamo stabilire quale tra i getti 2 e 3 sia l'anti-up e quale il down)
Sia il quark bottom che l'anti-bottom hanno una vita abbastanza lunga e un'energia sufficiente a percorrere una distanza visibile prima di decadere. Il bottom ha percorso 2,2 mm (tratteggio L2) e l'anti-bottom 4,5 mm (tratteggio L1). Dato che questi due quark sono apparsi come particelle neutre, non hanno lasciato tracce finchè non sono decaduti.
Nota che il neutrino non ha lasciato tracce; la sua presenza viene dedotta dall'energia e dalla quantità di moto mancanti.
