Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Internationales Forscherteam entdeckt am BES-III-Experiment in Peking ein neues exotisches Teilchen

27.03.2013
Beteiligung der Johannes Gutenberg-Universität Mainz im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 1044 der Deutschen Forschungsgemeinschaft

Ein internationales Team von Wissenschaftlern, die das BES-III-Experiment in Peking am Elektron-Positron-Beschleuniger BEPC-II betreiben, hat die Entdeckung eines neuen Teilchens verkündet.


BES-III-Detektor am Pekinger Institut für Hochenergiephysik (IHEP)
©: Institute for High Energy Physics (IHEP), Peking

Das subatomare Teilchen mit der Bezeichnung Zc(3900) besitzt eine Masse, die ungefähr der eines Helium-Kerns entspricht und hat eine Lebensdauer von 10-23 Sekunden, also Bruchteile einer Milliardstel Mikrosekunde. Die Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) ist am BES-III-Experiment im Rahmen des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Sonderforschungsbereichs 1044 – „Die Niederenergie-Grenze des Standardmodells:

Von Quarks und Gluonen zu Hadronen und Kernen“ beteiligt. Die Mainzer Beiträge zu BES-III sind auch Bestandteil des Exzellenzclusters PRISMA der JGU, der kürzlich in die Förderung der Bundesexzellenzinitiative aufgenommen wurde.

Die am BES-III-Experiment beteiligten Wissenschaftler hatten Ende Dezember 2012 eine Reihe dedizierter Untersuchungen des ebenfalls unverstandenen Teilchens Y(4260) begonnen, das ursprünglich im Jahr 2005 am SLAC National Laboratory in Stanford in Kalifornien entdeckt wurde. Aufgrund der Tatsache, dass dieses Teilchen im Gegensatz zu Vorgängerexperimenten am BES-III-Experiment in direkter Produktion am Beschleuniger erzeugt werden kann, konnte bereits zwei Wochen nach Beginn der Messungen die Statistik aller existierenden Vorgängermessungen übertroffen werden. Als ein überraschender und vollkommen unerwarteter Befund wurde nun beobachtet, dass das Y(4260) in das möglicherweise noch mysteriösere Teilchen Zc(3900) zerfällt.

Bei Y(4260) könnte es sich um eine Klasse von subatomaren Teilchen handeln, den sogenannten Psi-Teilchen, die aus einem Charm-Quark und einem Anti-Charm-Quark, also der Antimaterie des Charm-Quarks, zusammengesetzt und durch die starke Kernkraft gebunden sind. In der allgemein akzeptierten Theorie der starken Kernkraft, der sogenannten Quantenchromodynamik (QCD), ließen sich bisher keine präzisen Vorhersagen für die Masse der gebundenen Zustände treffen. Es existieren jedoch QCD-basierte Modelle, die ungefähre Vorhersagen leisten. Die Existenz des Y(4260)-Teilchens ist nun deshalb so interessant, weil seine Masse nicht mit einer der gängigen Vorhersagen für das Spektrum der Psi-Teilchen übereinstimmt.
Eine Erklärung könnte darin liegen, dass es sich bei Y(4260) um eine neue, bisher noch nicht zweifelsfrei bestätigte Form von gebundener Materie handelt, die als Vier-Quark-Zustand bezeichnet wird. Dabei besitzt das Teilchen neben einem Charm- und einem Anti-Charm-Quark noch zwei weitere Quark-Konstituenten. Solch ein Vier-Quark-Zustand ist in der Theorie der Quantenchromodynamik prinzipiell möglich. Die Zahl der Y(4260)-Teilchen sowie die Qualität der Daten war allerdings bisher noch nicht ausreichend, um eine eindeutige Aussage formulieren zu können.

Das BES-III-Experiment hat es sich nun zum Ziel gesetzt, das Y(4260)-Teilchen weiter zu erforschen. Als überaus überraschender Befund wurde dabei der häufige Zerfall in das Zc(3900)-Teilchen entdeckt, das im Gegensatz zu Y(4260) eine elektrische Ladung besitzt. „Dadurch ist eindeutig bewiesen, dass es sich um einen gebundenen Zustand handeln muss, der nicht ausschließlich aus Charm- und Anti-Charm-Quarks besteht. Dies ist bei dem Y(4260)-Teilchen weniger eindeutig, da es elektrisch neutral ist“, erläutert Univ.-Prof. Dr. Achim Denig vom Institut für Kernphysik der Johannes Gutenberg-Universität Mainz und Sprecher des Sonderforschungsbereichs 1044. „In der Tat wäre ein Vier-Quark-Zustand eine mögliche Erklärung für das nun gefundene Teilchen Zc(3900).“

Aufgrund der neuen Erkenntnisse werden die dedizierten Untersuchungen zu den Y(4260)- und Zc(3900)-Teilchen in Peking um zwei weitere Monate verlängert. „Dies wird uns neue Einblicke in diese hochinteressanten Ergebnisse erlauben. Wir werden uns von Mainz aus intensiv daran beteiligen“, so Denig.

Um durch die neuen experimentellen Befunde zu einer tieferen Einsicht in die Eigenschaften der starken Kernkraft zu gelangen, müssen nun präzise theoretische Vorhersagen für die Massen von Zc(3900) und Y(4260) sowie ihrer Verwandten getroffen werden. Im Rahmen der sogenannten Gitter-QCD werden seit einigen Jahren Versuche unternommen, die Massen solcher Teilchen mithilfe groß angelegter Computersimulationen zu berechnen. „Die Spektroskopie der Psi-Teilchen ist für die Gitter-QCD eine große Herausforderung“, erklärt Univ.-Prof. Hartmut Wittig, Sprecher des Mainzer Exzellenzclusters PRISMA. „Dieses hochaktuelle Thema wird im Rahmen des im Juli und August 2013 von der JGU ausgerichteten 31. Internationalen Symposiums über Gitterfeldtheorie sicherlich heiß diskutiert werden.“

Das BES-III-Experiment wird von rund 350 Physikern von 50 Institutionen aus elf Ländern betrieben. Neben China sind auch die USA, Deutschland sowie weitere europäische und asiatische Länder an diesem Projekt der Hadronen- und Teilchenphysik beteiligt.

Die Entdeckung des Zc(3900)-Teilchens wurde zur Veröffentlichung bei Phys. Rev. Lett. eingereicht (http://arxiv.org/abs/1303.5949).

Kontakt:
Univ.-Prof. Dr. Achim Denig
Institut für Kernphysik
Johannes Gutenberg-Universität Mainz
D 55099 Mainz
Tel. 06131 39-25830
E-Mail: denig@kph.uni-mainz.de
http://www.kph.uni-mainz.de

Petra Giegerich | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-mainz.de/presse/55551.php
http://www.prisma.uni-mainz.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Waschen für die Mikrowelt – Potsdamer Physiker entwickeln lichtempfindliche Seife
02.12.2016 | Universität Potsdam

nachricht Quantenreibung: Jenseits der Näherung des lokalen Gleichgewichts
01.12.2016 | Forschungsverbund Berlin e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Im Focus: Neuer Sensor: Was im Inneren von Schneelawinen vor sich geht

Ein neuer Radarsensor erlaubt Einblicke in die inneren Vorgänge von Schneelawinen. Entwickelt haben ihn Ingenieure der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Dr. Christoph Baer und Timo Jaeschke gemeinsam mit Kollegen aus Innsbruck und Davos. Das Messsystem ist bereits an einem Testhang im Wallis installiert, wo das Schweizer Institut für Schnee- und Lawinenforschung im Winter 2016/17 Messungen damit durchführen möchte.

Die erhobenen Daten sollen in Simulationen einfließen, die das komplexe Geschehen im Inneren von Lawinen detailliert nachbilden. „Was genau passiert, wenn sich...

Im Focus: Neuer Rekord an BESSY II: 10 Millionen Ionen erstmals bis auf 7,4 Kelvin gekühlt

Magnetische Grundzustände von Nickel2-Ionen spektroskopisch ermittelt

Ein internationales Team aus Deutschland, Schweden und Japan hat einen neuen Temperaturrekord für sogenannte Quadrupol-Ionenfallen erreicht, in denen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

Die Perspektiven der Genom-Editierung in der Landwirtschaft

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Parkinson-Krankheit und Dystonien: DFG-Forschergruppe eingerichtet

02.12.2016 | Förderungen Preise

Smart Data Transformation – Surfing the Big Wave

02.12.2016 | Studien Analysen

Nach der Befruchtung übernimmt die Eizelle die Führungsrolle

02.12.2016 | Biowissenschaften Chemie