Top-quark

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Een proton en een antiproton botsen en vormen top-quark en een antitop-quark, die snel uiteenvallen

De top-quark is een van de zes quarks in het standaardmodel van de deeltjesfysica. De top-quark is een up-type quark en heeft een lading van +2/3 keer de elementaire lading. Hij vormt samen met de bottom-quark de derde generatie van quarks. De top-quark is net als alle andere quarks een fermion en heeft een spin van 1/2. Het antideeltje van de top-quark is de antitop-quark, of ook wel top-antiquark.

De top-quark is bijzonder, omdat zijn massa vele malen groter is dan de andere vijf quarks. De top-quark heeft een massa van 172.9±1.5 GeV/c2 [1] en is daarmee ongeveer 35 keer zo zwaar als de bottom-quark, de op een na zwaarste quark. De top-quark is ook ongeveer 170 keer zo zwaar als het proton. Het gevolg is dat de levensduur van een top-quark zeer kort is, 10-25 seconden.[1] Hierdoor vervalt de top-quark voordat hij de mogelijkheid krijgt om hadronen of mesonen vormen, gebonden toestanden van meerdere quarks, zoals bij de andere vijf quarks het geval is. De top-quark komt niet in de natuur voor en kan alleen worden geproduceerd in deeltjesversnellers.

Het bestaan van de top-quark werd al voorspeld in 1973 door Makoto Kobayashi en Toshihide Maskawa om te verklaren dat er schending van de CP-symmetrie is in het verval van 'kaonen'.[2] Uiteindelijk werd de top-quark in 1995 ontdekt met behulp van de CDF detector[3] en vervolgens de D0 detector[4] op Fermilab. Kobayashi en Maskawa ontvingen in 2008 de Nobelprijs voor de Natuurkunde voor de voorspelling van het bestaan van bottom- en top-quarks. De naam top-quark vindt zijn oorsprong in een artikel van Hariri.[5][6]

Productie van top-quarks[bewerken]

Top-quarks kunnen geproduceerd worden in paren, waarin een top-quark en een anti-top-quark worden gemaakt. Dit gebeurt door middel van de 'sterke wisselwerking', waarbij gluons en/of lichtere quarks met voldoende energie interactie aangaan om een top-quark paar te creëren. Een andere, mindere voorkomende mogelijkheid is om losse (anti-)top-quarks te maken, zonder in dezelfde botsing het antideeltje te maken. Deze laatste mogelijkheid wordt single top production genoemd en ontstaat door de zwakke wisselwerking. In 2006 leverde het D0-experiment het eerste experimenteel bewijs voor het bestaan ervan.

Verval van top-quarks[bewerken]

Na de korte levensduur vervalt de top-quark in 99,9% van de gevallen naar een bottom-quark en een W-boson, via de zwakke wisselwerking.[1] De overige 0,1% wordt gevormd door het verval naar een strange-quark of een down-quark, in combinatie met een W-boson.

Bronnen, noten en/of referenties
  1. a b c Nakamura, K. and Particle Data Group, (jul, 2010,). Review of Particle Physics,. Journal of Physics G Nuclear Physics, 37,: 075021, . DOI:10.1088/0954-3899/37/7A/075021.
  2. M. Kobayashi, T. Maskawa (1973). 'CP-Violation in the Renormalizable Theory of Weak Interaction. Progress of Theoretical Physics 49 (2): 652 . DOI:10.1143/PTP.49.652.
  3. F. Abe et al. (CDF Collaboration) (1995). Observation of Top Quark Production in Antiproton Proton Collisions with the Collider Detector at Fermilab. Physical Review Letters 74 (14): 2626–2631 . PMID:10057978. DOI:10.1103/PhysRevLett.74.2626.
  4. S. Abachi et al. (DØ Collaboration) (1995). Search for High Mass Top Quark Production in Proton Antiproton Collisions at s = 1.8 TeV. Physical Review Letters 74 (13): 2422–2426 . DOI:10.1103/PhysRevLett.74.2422.
  5. H. Harari (1975). A new quark model for hadrons. Physics Letters B 57 (3): 265 . DOI:10.1016/0370-2693(75)90072-6.
  6. K.W. Staley, The Evidence for the Top Quark, Cambridge University Press, 2004, p. 31–33 ISBN 978-0-521-82710-2.