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09.04.2013 | Durchbruch bei der Suche nach exotischen Hadronen

Beobachtung des Charmoniumartigen Zc(3900)-Teilchen bei BESIII

Abbildung: BESIII, IHEP

Der BSIII-Detektor.

 

Als Teil eines großen internationalen Wissenschaftlerteams, die das BESIII-Experiment am Pekinger Elektron-Positron-Ring in China durchführen, haben Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen von GSI und dem Helmholtz-Institut Mainz eine bahnbrechende und unerwartete Entdeckung bei neuen Untersuchungen des ungewöhnlichen Y(4260)-Teilchens gemacht. Die Kollaboration hat  im Zerfall dieses Teilchens ein noch ungewöhnlicheres Teilchen gefunden, das man "Zc(3900)" nennt.

Seit seiner Entdeckung im Jahr 2005 durch das BaBar-Experiment am SLAC National Laboratory in Stanford, USA, hat das Y(4260)-Teilchen viele Fragen über seine Struktur und die dafür verantwortliche Wechselwirkung aufgeworfen. Während andere ähnliche Teilchen erfolgreich als Bindungszustand von Charm- und Anti-Charm-Quarks erklärt werden konnten, schlug jeder Versuch auch das Y(4260) in dieses Schema einzuordnen fehl und seine innere Struktur ist wie seit jeher ungeklärt.

Ende Dezember 2012 hat das BESIII-Team ein wissenschaftliches Programm zur Untersuchung des Y(4260)-Teilchens gestartet und eine große Zahl davon durch Annihilation von Elektronen und Positronen bei einer der Teilchenmasse korrespondierenden Gesamtenergie erzeugt. Einmal erzeugt zerfallen die Teilchen schnell und die Zerfallsprodukte werden im BESIII-Detektor nachgewiesen. Dabei wurde das Zc(3900)-Teilchen) entdeckt.

Die ungewöhnlichen Charmonium-Teilchen, wie etwa das Y(4260) und nun auch das Zc(3900), gehören zu einer neuen Klasse kürzlich entdeckter subatomarer Teilchen, den XYZ-Zuständen, die neue Sichtweisen auf die starke Wechselwirkung, sowie Quarks und Gluonen werfen. In der allgemein akzeptieren Theorie, der Quantenchromodynamik, gibt es mehr Möglichkeiten Teilchen zu generieren als nur jene simplen Bindungszustände aus Quarks und Antiquarks, zum Beispiel auch “Tetraquarks” oder molekülartige Mesonen, die in etwa mit dem Deuteron in der Kernphysik vergleichbar sind. Genau dies ist auch die momentan von der Fachwelt favorisierte Erklärung für die Zc-Teilchen.

Die einzigartige Energieauflösung des PANDA-Experiments an FAIR wird die entgültige Entschlüsselung der Struktur von exotischen Mesonen wie dem Zc(3900) erlauben und so unser fundamentales Verständnis der QCD und der Vielfalt der in dieser Theorie realisierten Teilchen entscheidend voranbringen.

Zusammen mit einem anderen ungewöhnlichen Teilchen, dem X(3872) könnte das Zc(3900) Teil einer Gruppe von Teilchen ähnlicher Masse und Struktur sein (Multiplet), was einen experimentellen Durchbruch zur Physik exotischer Hadronen darstellt. Das Beijing Spectrometer (BESIII)-Experiment am Beijing Electron Positron Collider wird von 350 Physikern von 50 Institutionen aus elf Ländern betrieben.

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Originalveröffentlichung bei Physical Review Letters


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Der BSIII-Detektor.
Abbildung: BESIII, IHEP