„Pentaquark“ – Versionsunterschied
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'''Pentaquarks''' (von griech. ''penta'', dt. fünf), ein Begriff der [[Teilchenphysik]], sind [[Hadron]]en mit einer [[Baryonenzahl]] von +1. Mehrere Experimente berichteten über mögliche Entdeckungen von Pentaquarks, die Interpretation der Ergebnisse ist aber umstritten da die Beobachtungen selten reproduziert werden konnten. |
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Um den Aufbau des Pentaquarks im Rahmen des [[Standardmodell#Elementarteilchen|Standardmodells der Elementarteilchenphysik]] verstehen zu können, muss es mindestens aus fünf [[Quark (Physik)|Quarks]] gebildet sein, genauer aus vier Quarks und einem Antiquark. |
Um den Aufbau des Pentaquarks im Rahmen des [[Standardmodell#Elementarteilchen|Standardmodells der Elementarteilchenphysik]] verstehen zu können, muss es mindestens aus fünf [[Quark (Physik)|Quarks]] gebildet sein, genauer aus vier Quarks und einem Antiquark. |
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Im Sprachgebrauch wird mit Pentaquark |
Im Sprachgebrauch wird mit Pentaquark teilweise das leichteste dieser Teilchen bezeichnet, welches voraussichtlich eine [[Strangeness]] von +1 besitzt und den Eigennamen Θ<sup>+</sup> (gesprochen Theta+) trägt. Da sich eine Strangeness von +1 nur durch ein Antistrange-Quark realisieren lässt, sind für eine Baryonenzahl von +1 mindestens 4 weitere Quarks nötig. So besteht das Θ<sup>+</sup> nach dem Quarkmodell aus zwei up- und zwei down-Quarks sowie einem Antistrange-Quark (uudd{{overline|s}}). Eine solche Konfiguration ist im Rahmen des Standardmodells der Elementarteilchenphysik "erlaubt" (d. h. denkbar) und wird durch die [[Quantenchromodynamik]] beschrieben. |
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Die Pentaquarks sind [[Hadron]]en. [[Atomkern]]e stellen ebenfalls stabile Quarkgebilde dar, aber sie bestehen stets aus einem Vielfachen von drei Quarks, denn sie können sehr gut als Bindungszustände von [[Proton]]en und [[Neutron]]en beschrieben werden, die ihrerseits Baryonen bestehend aus je drei Quarks sind. |
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Die Existenz von Pentaquarks wurde ursprünglich in einer Publikation 1997 von [[Dmitri Igorewitsch Djakonow|Dmitri Diakonov]], V. A. Petrov und Maxim Polyakov vorhergesagt.<ref>{{arxiv|hep-ph|9703373}}</ref> Allerdings wurde dies von ihren Kollegen sehr skeptisch beurteilt. Vorhergesagt wurde ein Teilchen mit einer ungewöhnlich hohen Lebensdauer, die zu einer sehr kleinen und daher deutlich zu beobachtenden totalen [[Zerfallsbreite]] von lediglich 30 MeV führen würde. Die Masse sollte 1530 MeV betragen. |
Die Existenz von Pentaquarks wurde ursprünglich in einer Publikation 1997 von [[Dmitri Igorewitsch Djakonow|Dmitri Diakonov]], V. A. Petrov und Maxim Polyakov vorhergesagt.<ref>{{arxiv|hep-ph|9703373}}</ref> Allerdings wurde dies von ihren Kollegen sehr skeptisch beurteilt. Vorhergesagt wurde ein Teilchen mit einer ungewöhnlich hohen Lebensdauer, die zu einer sehr kleinen und daher deutlich zu beobachtenden totalen [[Zerfallsbreite]] von lediglich 30 MeV führen würde. Die Masse sollte 1530 MeV betragen. |
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Zusätzliche theoretische Vorhersagen von Eigenschaften der Pentaquarks wären prinzipiell mit Hilfe von Computersimulationen der [[Quantenchromodynamik]] möglich, so genannten [[Gittereichtheorie]]n. Allerdings sind diese theoretischen Ansätze noch nicht sehr fortgeschritten, deshalb haben verschiedene Gruppen bisher widersprüchliche Resultate vorweisen können. |
Zusätzliche theoretische Vorhersagen von Eigenschaften der Pentaquarks wären prinzipiell mit Hilfe von Computersimulationen der [[Quantenchromodynamik]] möglich, so genannten [[Gittereichtheorie]]n. Allerdings sind diese theoretischen Ansätze noch nicht sehr fortgeschritten, deshalb haben verschiedene Gruppen bisher widersprüchliche Resultate vorweisen können. |
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Die erste experimentelle Beobachtung des Θ<sup>+</sup> wurde im Juli 2003 von Takashi Nakano an der Universität von Osaka, Japan gemeldet und von Ken Hicks am Jefferson Laboratory, Virginia, USA, bestätigt. Diese überraschende Entdeckung führte zu einer Welle von Untersuchungen bereits existierender Daten nach Anzeichen für das Pentaquark. Innerhalb von wenigen Monaten meldeten etwa ein Dutzend verschiedene Gruppen, ebenfalls Evidenz für das Θ<sup>+</sup> entdeckt zu haben. Einige Gruppen behaupteten sogar, weitere Pentaquarks nachweisen zu können. |
Die erste experimentelle Beobachtung des Θ<sup>+</sup> wurde im Juli 2003 von Takashi Nakano an der Universität von Osaka, Japan gemeldet und von Ken Hicks am Jefferson Laboratory, Virginia, USA, bestätigt. Diese überraschende Entdeckung führte zu einer Welle von Untersuchungen bereits existierender Daten nach Anzeichen für das Pentaquark. Innerhalb von wenigen Monaten meldeten etwa ein Dutzend verschiedene Gruppen, ebenfalls Evidenz für das Θ<sup>+</sup> entdeckt zu haben. Einige Gruppen behaupteten sogar, weitere Pentaquarks nachweisen zu können. |
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2013 gab die DIANA-Kollaboration in Moskau bekannt, dass sie Pentaquarks beobachtet hätten.<ref>{{Internetquelle|url=http://arxiv.org/abs/1307.1653|titel=Observation of a narrow baryon resonance with positive strangeness formed in K<sup>+</sup> Xe collisions|autor=DIANA Kollaboration|zugriff=2013-07-12|datum=2013-07-05|sprache=englisch}}</ref> |
2013 gab die DIANA-Kollaboration in Moskau bekannt, dass sie Pentaquarks beobachtet hätten.<ref>{{Internetquelle|url=http://arxiv.org/abs/1307.1653|titel=Observation of a narrow baryon resonance with positive strangeness formed in K<sup>+</sup> Xe collisions|autor=DIANA Kollaboration|zugriff=2013-07-12|datum=2013-07-05|sprache=englisch}}</ref> |
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Im Juli 2015 meldete die [[LHCb]]-Kollaboration die Entdeckung eines Teilchens aus fünf Quarks.<ref name="LHCbpublicpage">{{Internetquelle|url=http://lhcb-public.web.cern.ch/lhcb-public/Welcome.html#Penta|datum=2014-07-14|zugriff=2014-07-14|sprache=en|titel=Observation of particles composed of five quarks, pentaquark-charmonium states, seen in <math>\Lambda_b^0 \to J/\psi p K^-</math> decays.}}</ref><ref name="LHCbarXiv">{{Internetquelle|url=http://arxiv.org/abs/1507.03414|titel=Observation of J/ψp resonances consistent with pentaquark states in <math>\Lambda_b^0 \to J/\psi K^- p</math> decays|datum=2014-07-13|zugriff=2014-07-13}}</ref> |
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== Quellen == |
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Version vom 14. Juli 2015, 15:42 Uhr
Pentaquarks (von griech. penta, dt. fünf), ein Begriff der Teilchenphysik, sind Hadronen mit einer Baryonenzahl von +1. Mehrere Experimente berichteten über mögliche Entdeckungen von Pentaquarks, die Interpretation der Ergebnisse ist aber umstritten da die Beobachtungen selten reproduziert werden konnten.
Um den Aufbau des Pentaquarks im Rahmen des Standardmodells der Elementarteilchenphysik verstehen zu können, muss es mindestens aus fünf Quarks gebildet sein, genauer aus vier Quarks und einem Antiquark.
Im Sprachgebrauch wird mit Pentaquark teilweise das leichteste dieser Teilchen bezeichnet, welches voraussichtlich eine Strangeness von +1 besitzt und den Eigennamen Θ+ (gesprochen Theta+) trägt. Da sich eine Strangeness von +1 nur durch ein Antistrange-Quark realisieren lässt, sind für eine Baryonenzahl von +1 mindestens 4 weitere Quarks nötig. So besteht das Θ+ nach dem Quarkmodell aus zwei up- und zwei down-Quarks sowie einem Antistrange-Quark (uudds). Eine solche Konfiguration ist im Rahmen des Standardmodells der Elementarteilchenphysik "erlaubt" (d. h. denkbar) und wird durch die Quantenchromodynamik beschrieben.
Theorie
Die Pentaquarks sind Hadronen. Atomkerne stellen ebenfalls stabile Quarkgebilde dar, aber sie bestehen stets aus einem Vielfachen von drei Quarks, denn sie können sehr gut als Bindungszustände von Protonen und Neutronen beschrieben werden, die ihrerseits Baryonen bestehend aus je drei Quarks sind.
Die Existenz von Pentaquarks wurde ursprünglich in einer Publikation 1997 von Dmitri Diakonov, V. A. Petrov und Maxim Polyakov vorhergesagt.[1] Allerdings wurde dies von ihren Kollegen sehr skeptisch beurteilt. Vorhergesagt wurde ein Teilchen mit einer ungewöhnlich hohen Lebensdauer, die zu einer sehr kleinen und daher deutlich zu beobachtenden totalen Zerfallsbreite von lediglich 30 MeV führen würde. Die Masse sollte 1530 MeV betragen.
Zusätzliche theoretische Vorhersagen von Eigenschaften der Pentaquarks wären prinzipiell mit Hilfe von Computersimulationen der Quantenchromodynamik möglich, so genannten Gittereichtheorien. Allerdings sind diese theoretischen Ansätze noch nicht sehr fortgeschritten, deshalb haben verschiedene Gruppen bisher widersprüchliche Resultate vorweisen können.
Experiment
Die erste experimentelle Beobachtung des Θ+ wurde im Juli 2003 von Takashi Nakano an der Universität von Osaka, Japan gemeldet und von Ken Hicks am Jefferson Laboratory, Virginia, USA, bestätigt. Diese überraschende Entdeckung führte zu einer Welle von Untersuchungen bereits existierender Daten nach Anzeichen für das Pentaquark. Innerhalb von wenigen Monaten meldeten etwa ein Dutzend verschiedene Gruppen, ebenfalls Evidenz für das Θ+ entdeckt zu haben. Einige Gruppen behaupteten sogar, weitere Pentaquarks nachweisen zu können.
Allerdings tauchten ebenfalls Zweifel an den Ergebnissen auf, sowohl theoretischer als auch experimenteller Natur. Etwa ein Dutzend andere experimentelle Gruppen haben keinerlei Hinweise auf die Existenz des Θ+ gefunden. Außerdem fanden die Experimente unterschiedliche Massen, die z.T. miteinander inkompatibel waren. Besonders überraschend war die geringe Zerfallsbreite, die noch deutlich unter dem vorhergesagten Wert von Diakonov, Petrov und Polyakov lag. Das Pentaquark würde damit über 100-mal länger leben als andere Teilchen mit vergleichbarer Masse.
Die CLAS Collaboration am Jefferson Laboratory in Newport News, Virginia, USA, unter der Leitung von Raffaella de Vita hat schließlich ein gezieltes Experiment zur Untersuchung der Pentaquark-Hypothese unternommen. In dieser bisher umfassendsten Untersuchung ergaben sich keinerlei Hinweise auf die Existenz von Pentaquarks. Infolgedessen gehen diese Wissenschaftler davon aus, dass die bisherigen Nachweise von Pentaquarks auf falsch interpretierten Daten beruhen. Diese Arbeit ist in der April-Ausgabe 2005 der Zeitschrift Nature zu finden.[2] Auch die Particle Data Group kommt 2006 und zuletzt 2008[3] zu der Schlussfolgerung, dass die ersten Meldungen einer Entdeckung 2003/4 (damals durch mindestens 9 Gruppen in der Nachfolge der Erstentdecker) durch die Mehrzahl der nachfolgenden Experimente, die eine erheblich höhere Statistik aufwiesen, widerlegt waren.
2007 haben Wissenschaftler der Kollaboration GRAAL beim Beschuss eines Nukleons mit Photonen Hinweise auf einen sehr schmalen Zustand (eine Baryonenresonanz) mit einer relativ hohen Lebensdauer gefunden (etwa zehnmal höher als typische Baryonenresonanzen). Es wurde N*(1685) (N-Star) getauft. Die Eigenschaften (Masse, Zerfallsbreite) decken sich mit den theoretischen Vorhersagen für ein Mitglied mit nicht-exotischen Quantenzahlen des minimal möglichen Dekupletts, das das hypothetische Pentaquark umfasst - Voraussagen, die Maxim Polyakov und andere bereits 2004 trafen.[4] Das Experiment, bei dem das N* entdeckt wurde, wurde durch Wissenschaftler am ELSA in Bonn bestätigt.[5][6]
2013 gab die DIANA-Kollaboration in Moskau bekannt, dass sie Pentaquarks beobachtet hätten.[7]
Im Juli 2015 meldete die LHCb-Kollaboration die Entdeckung eines Teilchens aus fünf Quarks.[8][9]
Quellen
- ↑ arxiv:hep-ph/9703373
- ↑ Mark Peplow: Doubt is cast on pentaquarks. In: news@nature. 2005, S. , doi:10.1038/news050418-1.
- ↑ Update der PDG zu Pentaquarks 2008, pdf Datei.
- ↑ Polyakov und andere, Preprint 2004, arxiv:nucl-th/0312126; unabhängig davon Diakonov und andere 2004.
- ↑ V Kuznetsov, MV Polyakov; New narrow nucleon N*(1685); JETP Letters 2008; Springer, arxiv:0807.3217
- ↑ Meldung über Entdeckung des N*, 2009, Internet-Chemie.
- ↑ DIANA Kollaboration: Observation of a narrow baryon resonance with positive strangeness formed in K+ Xe collisions. 5. Juli 2013, abgerufen am 12. Juli 2013 (englisch).
- ↑ Observation of particles composed of five quarks, pentaquark-charmonium states, seen in decays. 14. Juli 2014, abgerufen am 14. Juli 2014 (englisch).
- ↑ Observation of J/ψp resonances consistent with pentaquark states in decays. 13. Juli 2014, abgerufen am 13. Juli 2014.
