Monografia - Instytut Fizyki JÄ drowej PAN

p
g
b
b
g
p
e −
e + γ, Z 0
Rysunek 3.2: Główne diagramy produkcji par bb: fuzja gluonowa w zderzeniach pp (lewy
diagram) i anihilacja w zderzeniach e + e − (prawy diagram).
b
b
pięknych kwarków w całkowitym nieelastycznym przekroju czynnym (σ tot ) również poprawia
się ze wzrostem energii; stosunek σ(pp → b¯bX)/σ tot wynosi około 0,003 dla Tevatronu (1,8
TeV) i 0,004 dla docelowej energii LHC.
Wyprodukowane kwarki b¯b hadronizują do stanów końcowych zawierających wszystkie
rodzaje pięknych hadronów. Zmierzony w Tevatronie udział mezonów B + i B 0 wynosi ≈ 30%,
B s około 11%, a pięknych barionów ≈ 21%. Prawdopodobieństwo produkcji B c jest niewielkie
i wynosi zaledwie 0,2% [75].
W przeciwieństwie do oddziaływań hadronowych, przekrój czynny na produkcję b¯b w anihilacji
e + e − → hadrony, z wyjątkiem obszarów rezonansowych, maleje z energią. Stosunek
σ(e + e − → b¯b)/σ tot ma stałą wartość ≈ 0,15. Wyjątek stanowi obszar rezonansów Υ(nS)
(n ≥ 4), gdzie stosunek ten jest wyższy i dla Υ(4S) wynosi 0.25. Jak widać z rys. 3.3,
przedstawiającego schematycznie energetyczną zależność σ(e + e − → hadrony), przydatne dla
fizyki b są zderzenia w obszarze energii Υ(nS) i rezonansu Z 0 . Przekroje czynne dla procesu
e + e − → b¯b przy energii rezonansów Υ(4S), Υ(5S) i Z 0 wynoszą odpowiednio 1,1 nb, 0,3
nb i 6,6 nb. Skład pięknych hadronów produkowanych w zderzeniach e + e − przy energii Z 0
jest podobny jak w zderzeniach hadronów. Rezonans Υ(4S) rozpada się natomiast w ponad
96% na pary mezonów B ¯B i stanowi ich czyste źródło. Stosunek rozpadów Υ(4S) na pary
neutralnych i naładowanych B jest bliski jedności i wynosi:
f +
= Υ(4S) → B+ B −
= 1.065 ± 0.025. (3.2)
f 0 Υ(4S) → B0 ¯B 0
Pary mezonów B powstałe w wyniku rozpadu Υ(4S), do momentu rozpadu jednego z nich,
stanowią układ koherentny o liczbach kwantowych J P C = 1 −− . W ten sposób rozpad jednego
z mezonów daje jednoznaczną informację o liczbach kwantowych drugiego z nich w momencie
tego rozpadu.
Przy energii rezonansu Υ(5S), poza mezonami B (∗) ¯B(∗) w 19,3% produkowane są także
pary B (∗)
s
¯Bs
(∗) [22].
Zderzacze e + e − działające przy energii odpowiadającej formacji Υ(4S) są dedykowanymi
urządzeniami do prowadzenia badań w sektorze mezonów B. Ze względu na ich unikalne możliwości,
w połowie lat dziewięćdziesiątych ubiegłego wieku powstało kilka projektów budowy
zderzaczy tego typu, o świetlnościach ≈ 10 33 cm −2 s −1 , określanych mianem fabryk B. Spośród
nich dwa doczekały się realizacji: PEP II w laboratorium Stanforda w USA i KEKB w
instytucie KEK w Japonii. Nowością fabryk B w stosunku do wcześniejszych urządzeń tego
38