反底夸克

最重的夸克

反底夸克，顶夸克是发现最重的夸克，其质量为173.1±1.3GeV/c，质子的质量也不过938MeV。和其他夸克一样，顶夸克属于费米子。

定义

顶夸克是发现最重的夸克，其质量为173.1±1.3GeV/c，质子的质量也不过938MeV。和其他夸克一样，顶夸克属于费米子，具有1/2的自旋，顶夸克的反粒子被称为反顶夸克，两者质量相同。顶夸克通过强作用力同其他基本粒子相作用，通过弱力衰变为W玻色子和底夸克，有时也会衰变为奇夸克。顶夸克可以衰变为下夸克，但这种情况非常罕见。根据标准模型的预测顶夸克的寿命仅为5×10s不过顶夸克极短的寿命使得其来不及在强相互作用力的影响下形成强子，这给科学们提供了一个观测独立夸克的机会。顶夸克的存在在某种程度上也为日后发现希格斯子提供了理论上的可能性。

历史背景

1973年，小林诚和益川敏英根据K介子衰变中CP破坏的现象，预言有第三类夸克存在。新的假想粒子被定名为顶和底。由于粒子加速器能量不足，因此顶夸克直到1995年才被费米实验室发现。为此，两位日本物理学家获得了2008年的诺贝尔物理学奖。为了同第一代的上夸克及下夸克相照应，1975年哈伊姆·哈拉里（Haim Harari）将这两个理论中的粒子命名为顶、底夸克。在做出顶夸克存在的预言之后，粲夸克、底夸克都相继被实验发现。人们知道顶夸克要重的多，因此需要更多的能量才能将其分离出来，只是没想到这一等就是18年。德国电子加速器以及斯坦福线性加速器都未能使顶夸克现身，欧洲原子能中心的超级质子同步加速器可以将质子加速至400GeV，但这仍然不足以产生出顶夸克。它们最初估计顶夸克的质量在41 GeV/c以上，然而即使将加速器的能量开至极限还是不足以发现顶夸克，因此这一预估值被修改至77 GeV/c以上。

既然超级质子同步加速器已经无能为力，下面就轮到费米实验室的兆电子伏特加速器出场了，在LHC诞生以前它是唯一有能力制造出顶夸克的粒子加速器。1992年10月，CDF和DØ两个研究团队首次发现了顶夸克存在的蛛丝马迹，在接下来的几年中又有了更多关于顶夸克存在的证据。费米碰撞探测器（CDF）小组在1994年4月22日发表了一份报告，指出顶夸克的质量应该在175 GeV/c左右，这一数据和1992年时的探测相差无几。一年之后，在探测出更多的顶夸克之后，这两个团队的报告认为顶夸克的质量为176±18 GeV/c，其置信度为99.9998%。

性质

根据CDF和DØ的估算，顶夸克的产生截面约为6.6Pb，由顶夸克衰变而来的W玻色子具有同其一致的偏振，因此这些玻色子可用于探测顶夸克。在标准模型的预测中，顶夸克所带的电荷为正⁄3e，DØ的数据研究表明其吻合的概率为90%。

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