Топ-кварк. После открытия b-кварка было установлено существование трех кварков d, s, b с электрическим зарядом Q -13 и двух кварков u, c с зарядом Q 23. Имелись веские теоретические аргументы в пользу существования шестого, самого тяжелого кварка с зарядом Q 23. 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, или на кварк - антикварковую пару u. 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. 14. 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. 15 показана схема образования t- и -кварков в этом эксперименте в столкновении пучком протонов и антипротонов. Рис. 15а. Схема образования t- и -кварков при столкновении протонного и антипротонного пучковРис. 15б. Схема образования t- и -кварков на кварковом уровне На рис. 16 показана схема распада, образующейся пары t -кварков.
На рис. 17 показаны кварковые струи, образующиеся при распаде пары t -кварков. Рис. 16. Схема распада пары t -кварков Масса t-кварка m 178.0 4.3 ГэВ, электрический заряд Q 23, квантовое число топ t 1, спин J, четность P изоспин I JPI 120. t-Кварк имеет время жизни 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 mt - mb 145 МэВ. Как известно, среднее время частицы, распадающейся в результате слабого взаимодействия обратно пропорционально энергии распада E в пятой степени E-5. Рис. 17. Кварковые струи, образующиеся при распаде пары t -кварков