ボトムクォーク

ボトムクォーク

ボトムクォーク（記号: b）は、素粒子標準模型における第3世代のクォークです。

概要

ボトムクォークは、-1/3eの電荷を持ち、質量は約4 GeVと、陽子の約4倍という大きな値を持っています。このクォークは多様な崩壊モードを持ち、最も多いのはチャームクォークへの崩壊です。しかし、フレーバーを変える中性カレント（FCNC）モードであるストレンジクォークやダウンクォークへの崩壊、CKM行列のVub成分が小さいために起こりにくいアップクォークへの崩壊も観測されています。

クォークの3つの世代の存在は、CP対称性の破れと深く関わっています。第3世代に属するボトムクォークを持つ中間子は、CP対称性の破れを調べるのに最適な粒子であり、BaBar実験やBelle実験で研究が進められました。

また、CKM行列のVtb成分がほぼ1であるため、トップクォークが崩壊するほぼすべての事象に伴って生成されます。存在が予測されているヒッグス粒子の質量が下限値に近い場合、ヒッグス粒子の崩壊で生成されることも予測されています（ヒッグス粒子とのカップリングの強さは粒子の質量に比例するため、ヒッグス粒子の質量がW生成のしきい値以下であればbクォークが主な崩壊モードとなります）。

第3世代の素粒子の存在は、1973年に小林誠と益川敏英によって、K中間子のCP対称性の破れを説明するために仮定されました。1977年、レオン・レーダーマン率いるフェルミ国立加速器研究所のE288実験によって、初めて第3世代に属するクォークであるボトムクォークが発見されました。このとき、ボトムクォークとその反粒子である反ボトムクォークからなるウプシロン中間子の形で発見されました。この発見により、ボトムクォークと対になる同じ世代のクォークの存在が予測され、観測が期待されました。質量が非常に大きいため、存在が確実視されながらも観測できない状態が約20年続いた後、1995年にトップクォークがフェルミ国立加速器研究所のCDF実験およびD0実験で発見されました。この成果を受けて、小林誠と益川敏英は2008年にノーベル物理学賞を受賞しました。

当初、「トップ」・「ボトム」という名称を避けるため、「ビューティークォーク（美しいクォーク）」、および対となるクォークを「トゥルースクォーク（真実のクォーク）」と命名しようとする動きもありましたが、最終的には実用的な名称として「ボトムクォーク」と「トップクォーク」が採用されました。

ボトムクォークを含むハドロン

B中間子: ボトムクォーク（または反ボトムクォーク）とアップクォークもしくはダウンクォークから構成されます。
Bc中間子: ボトムクォークとチャームクォークから構成されます。
Bs中間子: ボトムクォークとストレンジクォークから構成されます。
ボトモニウム: ボトムクォーク - 反ボトムクォーク対を持つものが多数発見されています。代表的なものとしてウプシロン中間子 (Υ) があります。
ボトムクォークを持つバリオン: ストレンジネスを持つバリオンと同様に命名されます（例：Λb0粒子）。

関連項目

クォーク
ボトムネス
ボトモニウム
ウプシロン中間子
B中間子

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