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 Das anwachsende Ende der Ordnung
27.03.2017 | Universität Konstanz

nachricht In einem Quantenrennen ist jeder Gewinner und Verlierer zugleich
27.03.2017 | Universität Wien

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: Das anwachsende Ende der Ordnung

Physiker aus Konstanz weisen sogenannte Mermin-Wagner-Fluktuationen experimentell nach

Ein Kristall besteht aus perfekt angeordneten Teilchen, aus einer lückenlos symmetrischen Atomstruktur – dies besagt die klassische Definition aus der Physik....

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Zweites Symposium 4SMARTS zeigt Potenziale aktiver, intelligenter und adaptiver Systeme

27.03.2017 | Veranstaltungen

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Kontinentalrand mit Leckage

27.03.2017 | Biowissenschaften Chemie

Das anwachsende Ende der Ordnung

27.03.2017 | Physik Astronomie

Einfluss der Sonne auf den Klimawandel erstmals beziffert

27.03.2017 | Geowissenschaften