Charm e altri sviluppi recenti

Sebbene il modello originale a quark fosse di grande successo nel classificare le particelle in famiglie, vi erano alcune discrepanze fra le previsioni del modello e certi tassi di decadimento misurati.
Conseguentemente, fu proposto da alcuni fisici un quarto quark nel 1967. Essi argomentarono che se vi erano quattro leptoni (come si credeva all’epoca), allora vi sarebbero dovuti essere anche quattro quark in ragione di una fondamentale simmetria in natura. Al quarto quark, indicato con c, fu assegnato a una proprietà chiamata charm (incanto). Un quark charmed (incantato) avrebbe una carica +2e/3, ma il suo charm lo distinguerebbe dagli altri tre quark. Il nuovo quark avrebbe charm C = +1, il suo antiquark avrebbe charm C = -1, e tutti gli altri quark avrebbero C = 0. Come la stranezza, la proprietà charm si deve conservare nelle interazioni forti ed elettromagnetiche ma non nelle interazioni deboli.

Nel 1974 un nuovo mesone pesante chiamato particella J/Y (o semplicemente Y ) fu scoperto indipendentemente da un gruppo guidato da Burton Richter presso lo Stanford Linear Accelerator e da un altro gruppo guidato da Samuel Ting presso i Brookhaven National Laboratory. Richter e Ting per questo lavoro furono insigniti del premio Nobel nel 1976. La particella J/Y non si adattò al modello a tre quark in quanto aveva le proprietà di una combinazione di un quark charmed (incantato) e del suo antiquark (c). Essa aveva una massa molto maggiore di quella degli altri mesoni conosciuti (~ 3100 MeV/c²), e la sua vita media era molto più lunga di quella delle altre particelle che decadevano per via della forza forte. Presto, furono scoperti mesoni charmed (incantati) della stessa famiglia, corrispondenti a una combinazione di quark come d e c, i quali hanno tutti grande massa e vite medie lunghe.

Nel 1975 ricercatori dell’Università di Stranford, tra cui Martin L.Perl, attraverso una serie di esperimenti al Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) negli Stati Uniti, riferirono una forte evidenza per il leptone tau (t ), con una massa di 1784 MeV/c².

Queste scoperte guidarono verso un modello a quark più elaborato e alla proposta di nuovi quark, chiamati top (t) (alto) e bottom (b) (basso). Alcuni fisici preferiscono i nomi bizzarri di truth (verità) e beauty (bellezza). Per distinguere questi quark dai precedenti, furono assegnati numeri quantici chiamati topness e bottomness riportati nella tabella 1.

Nel 1977 i ricercatori del Fermi National Laboratory, sotto la guida di Leon Lederman, comunicarono la scoperta di un nuovo mesone,Y ,la cui composizione si pensa che sia b, che confermò chiaramente l’esistenza del quinto quark bottom.

Infine nel 1995, venne dato l'annuncio della scoperta dell'ultimo quark, il quark top.

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