Eine neue Messung von einer der Eigenschaften eines Teilchens kann manchmal einen Wert ergeben, der sich erstaunlicherweise stark von den früheren Werten unterscheidet. In einer online verfügbaren Abhandlung, die beim Journal Physical Review Letters eingereicht wurde, berichtet die LHCb Collaboration am CERN genau das bezüglich der Lebenszeit des sogenannten “charmed Omega”-Teilchens (Ω
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c).
Mit Daten aus Proton-Proton-Kollisionen haben die Forscher des LHCb-Experiments einen Wert für die Lebensdauer des Teilchens erhalten, der fast viermal größer ist als bei früheren Messungen. Derzeit werden am LHCb-Detektor und an anderen Experimenten bereits neue Untersuchungen geplant, um diese verblüffende Diskrepanz zu enträtseln.
Das Ω
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c-Teilchen gehört zu einer Teilchenfamilie, die als Baryonen bezeichnet wird. Diese Teilchen, zu denen auch Protonen und Neutronen zählen, bestehen aus drei kleineren Teilchen, genannt Quarks. Aber im Gegensatz zu Protonen, die drei leichte Quarks enthalten und stabil sind, besteht das Ω
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c-Teilchen aus zwei relativ leichten Quarks und einem schwereren Charm-Quark (dem drittschwersten der sechs bekannten Quarktypen).
Letztendlich wird das Ω
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c-Teilchen in andere Teilchen zerfallen. Messungen der Lebenszeiten von Charmed-Teilchen (oder allgemeiner gesagt von Teilchen, die schwere Quarks enthalten) sind wichtig, weil sie die Modelle der Quantenchromodynamik überprüfen. Das ist die Theorie, die beschreibt, wie Quarks von Gluonen zusammengehalten werden.
Die Lebenszeit des Ω
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c-Teilchens wurde vor über einem Jahrzehnt von den E687- und FOCUS Collaborations am Fermilab in den Vereinigten Staaten gemessen, sowie von der WA89 Collaboration am CERN. Diese Projekte maßen die Lebenszeit des Ω
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c-Teilchens, indem sie in Experimenten Dutzende seiner Zerfallsprozesse betrachteten, wobei ein Teilchenstrahl den Kern in einem festen Ziel trifft. Der Durchschnitt der bei diesen Experimenten gemessenen Werte, die alle recht nah beieinander liegen, beträgt 69 ± 12 Femtosekunden (eine Femtosekunde ist eine Millionstel Milliardstel Sekunde).
Die neue LHCb-Messung basiert auf Daten über Proton-Proton-Kollisionen mit etwa 1.000 Zerfallsprozessen des Ω
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c-Teilchens. Die Forscher des LHCb-Experiments bestimmten die Lebenszeit des Teilchens, indem sie diese Zerfallsprozesse mit der Lebenszeit eines anderen Teilchens verglichen, die sehr genau bekannt ist. Ein ähnlicher Ansatz wurde kürzlich verwendet, um die Lebenszeit eines Doppelcharme-Teilchens zu bestimmen. Das Ergebnis zum Ω
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c-Teilchen – eine Lebenszeit von 268 ± 26 Femtosekunden – ist viel größer als der Durchschnitt der früheren Werte.
Allerdings widerspricht keine dieser Messungen den theoretischen Schätzungen zur Lebenszeit des Ω
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c-Teilchens, die sich auf Berechnungen gemäß der Quantenchromodynamik stützen und Vorhersagen zwischen 60 und 520 Femtosekunden machen. Das letzte Wort ist also noch nicht gesprochen, ob die alten Werte oder die neuen Bestand haben werden. Aber die Diskrepanz zwischen den Werten wird Forscher zweifellos veranlassen, neue Messungen durchzuführen und die theoretischen Schätzungen zu überprüfen.
(THK)
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