Das LHCb-Experiment am Large Hadron Collider des CERN hat gestern auf der EPS Conference on High Energy Physics in Venedig die Beobachtung von Ξcc++ (Xicc++) bekanntgegeben, einem neuen Teilchen, das zwei Charm-Quarks und ein Up-Quark enthält.
Die Existenz dieses Teilchens aus der Familie der Baryonen wurde in aktuellen Theorien erwartet, aber Physiker haben seit vielen Jahren nach solchen Baryonen mit zwei schweren Quarks gesucht. Die Masse des neu identifizierten Teilchens beträgt 3.621 Megaelektronenvolt (MeV), was etwa viermal schwerer ist als das bekannteste Baryon – das Proton. Diese Eigenschaft geht aus seinem Aufbau aus zwei Charm-Quarks hervor. Es ist das erste Mal, dass ein solches Teilchen zweifellos nachgewiesen wurde.
Fast die gesamte Materie, die wir um uns herum beobachten, besteht aus Baryonen – das sind häufig vorkommende Teilchen, die aus drei Quarks bestehen. Die bekanntesten sind Protonen und Neutronen. Aber es gibt sechs Arten existierender Quarks und theoretisch könnten viele verschiedene mögliche Kombinationen andere Arten von Baryonen bilden. Alle bisher beobachteten Baryonen bestehen höchstens aus einem schweren Quark.
“Ein Baryon mit zwei schweren Quarks zu finden, ist von großem Interesse, weil es ein einzigartiges Hilfsmittel für weitere Untersuchungen der Quantenchromodynamik darstellen wird. Die Quantenchromodynamik ist die Theorie, welche die starke Wechselwirkung beschreibt, eine der vier Grundkräfte”, sagte Giovanni Passaleva, der neue Sprecher der LHCb Collaboration. “Solche Teilchen werden uns deswegen helfen, die Vorhersagefähigkeiten unserer Theorien zu verbessern.”
“Im Gegensatz zu anderen Baryonen, in denen die drei Quarks einen komplizierten Tanz umeinander aufführen, agiert ein Baryon mit zwei schweren Quarks mehr wie ein Planetensystem, wobei die beiden schweren Quarks die Rolle schwerer Sterne einnehmen, die umeinander kreisen, während das leichtere Quark dieses Doppelsystem umrundet”, ergänzte Guy Wilkinson, der frühere Sprecher der LHCb Collaboration.
Die Messung der Eigenschaften des Ξcc++-Baryons wird helfen zu verstehen, wie sich ein System aus zwei schweren Quarks und einem leichten Quark verhält. Aus der präzisen Messung der Produktions- und Zerfallsmechanismen und der Lebensdauer dieses neuen Teilchens können wichtige Einblicke gewonnen werden.
Die Beobachtung dieses neuen Baryons hat sich als anspruchsvoll erwiesen und wurde durch die hohe Produktionsrate schwerer Quarks am LHC und die einzigartigen Fähigkeiten des LHCb-Experiments ermöglicht, das die Zerfallsprodukte mit exzellenter Effizienz identifizieren kann. Das Ξcc++-Baryon wurde anhand seines Zerfalls in ein Λc+-Baryon und drei leichtere Mesonen (K–, π+ und π+) nachgewiesen.
Die Beobachtung des Ξcc++-Baryons am LHCb-Experiment steigert die Erwartungen, andere Mitglieder aus der Familie der Baryonen mit zwei schweren Quarks zu registrieren. Nach ihnen wird jetzt am LHC gesucht.
Dieses Ergebnis basiert auf Daten, die während des zweiten 13-TeV-Betriebslaufs am Large Hadron Collider aufgezeichnet wurden und wurde mit Daten aus dem ersten 8-TeV-Betriebslauf bestätigt. Die LHCb Collaboration hat eine Abhandlung über diese Ergebnisse beim Journal Physical Review Letters eingereicht.
(THK)
Antworten