Das LHCb-Experiment am CERN ist ein Nährboden für neue und herausragende Physikergebnisse. In den vergangenen Monaten hat die LHCb Collaboration die Messung eines sehr seltenen Teilchenzerfalls und Belege für eine neue Manifestation der Materie-Antimaterie-Symmetrie bekanntgegeben, um nur zwei Beispiele zu nennen.
In einer am Donnerstag (16. März 2017) veröffentlichten Abhandlung vermeldete die LHCb Collaboration die Entdeckung eines neuen Systems aus fünf Teilchen, alles im Rahmen einer einzigen Analyse. Die Besonderheit dieser Entdeckung liegt darin, dass die Beobachtung fünf neuer Zustände auf einmal ein recht ungewöhnliches Ereignis ist.
Die Teilchen waren angeregte Zustände (ein Teilchenzustand, der eine höhere Energie besitzt als die Minimalkonfiguration oder der Grundzustand) eines Teilchens namens Ωc0 (Omega-c-zero). Dieses Teilchen Ωc0 ist ein Baryon – ein Teilchen aus drei Quarks -, das zwei Strange-Quarks und ein Charm-Quark enthält. Das Ωc0-Teilchen zerfällt durch die starke Wechselwirkung in ein anderes Baryon namens Xi-c-plus (Ξc+) und ein Kaon K–. Dieses Baryon enthält ein Charm-Quark, ein Strange-Quark und ein Up-Quark. Dann zerfällt das Ξc+ wiederum in ein Proton (p), ein Kaon (K–) und ein Pion (π+).
Aus der Analyse der Bahnen und der von den Teilchen im Detektor zurückgebliebenen Energie in dieser Konfiguration konnte die LHCb Collaboration das ursprüngliche Ereignis (den Zerfall des Ωc0-Teilchens) und seine angeregten Zustände zurückverfolgen. Diese Teilchenzustände wurden gemäß der Standardkonventionen als Ωc(3000)0, Ωc(3050)0, Ωc(3066)0, Ωc(3090)0 und Ωc(3119)0 bezeichnet. Die Zahlen zeigen ihre Massen in Megaelektronenvolt (MeV) an, so wie sie vom LHCb-Experiment gemessen wurden.
Diese Entdeckung war möglich dank der spezialisierten Fähigkeiten des LHCb-Detektors bei der genauen Erkennung verschiedener Teilchenarten und dank der umfassenden Datensätze, die während der ersten beiden Betriebsläufe des Large Hadron Collider gesammelt wurden. Diese beiden Faktoren erlaubten die Identifizierung der fünf angeregten Zustände mit einer überwältigend hohen statistischen Signifikanz. Das bedeutet, dass die Entdeckung nicht nur ein statistischer Glückstreffer sein kann.
Der nächste Schritt wird die Bestimmung der Quantenzahlen dieser neuen Teilchenzustände sein (charakteristische Zahlen, die zur Identifizierung der Eigenschaften eines bestimmten Teilchens genutzt werden) sowie die Feststellung ihrer theoretischen Signifikanz. Diese Entdeckung wird zum Verständnis beitragen, wie die drei enthaltenen Quarks innerhalb eines Baryons gebunden sind und ebenfalls die Verbindung zwischen Quarks untersuchen, die eine Schlüsselrolle bei der Beschreibung von Multiquarkzuständen spielt, beispielsweise Tetraquarks und Pentaquarks.
Abhandlung: „Observation of five new narrow Ωc0 states decaying to Ξc+ K–“ von der LHCb Collaboration
(THK)
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