J/ψ-Meson
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J/ψ |
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| Klassifikation | |
| Boson Meson Hadron |
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| Eigenschaften | |
| Ladung | neutral |
| Masse | 3096,916(11) MeV/c2 |
| SpinParität | 1− |
| Isospin | 0 (z-Komponente 0) |
| mittlere Lebensdauer | 7,06(16) · 10−21 s |
| Zerfallsbreite | 0,0932(21) MeV |
| Wechselwirkungen | elektromagnetisch stark schwach Gravitation |
| Quark-Zusammensetzung | 1 Charm und 1 Anti-Charm |
Das J/ψ ist ein Hadron, genauer ein Meson. Es besteht aus einem Charm-Quark 
und einem Anti-Charm-Quark 
, d. h. es ist ein Charmonium. Alle seine Flavour-Quantenzahlen sind daher null. Das J/ψ ist das langlebigste und zuerst entdeckte Charmonium. Es hat eine Masse von 3097 MeV/c2 und eine Zerfallsbreite von 93,4 keV/c2, was einer Lebensdauer von 10−20 s entspricht. Seine Quantenzahlen sind 
.
Inhaltsverzeichnis |
Zerfallskanäle [Bearbeiten]
Das J/ψ zerfällt zu 87,7 % über die starke oder die elektromagnetische Wechselwirkung in Hadronen. Der gesamte elektromagnetische Anteil von 25,4 % verteilt sich auf 13,5 % hadronische Endzustände und jeweils 6 % leptonische Endzustände mit 2 Myonen bzw. 2 Elektronen.[1] Dass der elektromagnetische Zerfall überhaupt mit dem starken konkurrieren kann, liegt daran, dass der übliche Weg des Zerfalls schwerer Mesonen durch Anlagerung eines leichten Quark-Antiquark-Paares aus energetischen Gründen nicht möglich ist.
Die Annihilation von c und c über die starke Wechselwirkung geht aus Gründen der Paritätserhaltung nur durch nicht weniger als drei Gluonen und ist dann nach der OZI-Regel unterdrückt. Dies ist der Grund für die vergleichsweise geringe Zerfallsbreite.[2]
Forschungsgeschichte [Bearbeiten]
Das J/ψ wurde 1974 fast gleichzeitig von zwei Gruppen entdeckt, die es J bzw. ψ nannten – daher rührt der eigentümliche Doppelname. Die eine Gruppe unter Burton Richter entdeckte es am Stanford Linear Accelerator Center[3], die andere Gruppe unter Samuel Chao Chung Ting am Brookhaven National Laboratory.[4] Richter und Ting stellten ihre Ergebnisse gemeinsam in einer Pressekonferenz am 11. November 1974 der Öffentlichkeit vor.[5] Die beiden Wissenschaftler wurden für die Entdeckung dieses Teilchens 1976 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet.
Die Entdeckung des J/ψ war eine Sensation, weil seine Breite (Energieunschärfe) nur knapp ein 1000stel der anderer Mesonen in diesem Energiebereich beträgt und seine Lebensdauer (nach der Energie-Zeit-Unschärferelation) also gut 1000-mal so lang ist.
Zu diesem Zeitpunkt kannte das Quarkmodell nur drei Quarks (u, d, s); die einzig plausible Erklärung für ein so langlebiges Meson war ein neues, viertes Quark. Dieses „Charm“-Quark war bereits theoretisch vorhergesagt worden, und mit dem J/ψ konnte seine Existenz als gesichert gelten.
Am Cornell-Elektron-Positron-Speicher-Ring (CESR) der Cornell University gibt es einen speziell auf die Massenproduktion von Charmonium abgestimmten Teilchenbeschleuniger, im derzeit laufenden Experiment CLEO-c werden die Eigenschaften dieser Teilchen (und ihrer Zerfallsprodukte) studiert.
Ein Ziel der Charmonium-Forschung liegt in der Erforschung des immer noch nicht genau bekannten Potentialverlaufs der starken Wechselwirkung. Vom Standpunkt der Coulomb-Kraft her ähnelt das Charmonium bis auf abweichende Ladungen und Massen dem theoretisch sehr gut verstandenen Positronium. Das Potential der Wechselwirkung wird aus Emissions- und Absortionsspektren der Übergänge zwischen angeregten Zuständen des Charmoniums berechnet. Nach Abzug des Coulomb-Potentials bleibt so das Potential der Starken Wechselwirkung übrig und kann parametrisiert werden. Im einfachsten Fall erhält man so für das Quark-Antiquark-Potential ein coulombartiges Potential für kleine Reichweiten und ein lineares Potential für größere Entfernungen.
Anekdotisches [Bearbeiten]
Samuel Ting, der für das Teilchen den Namen „J“ propagierte, ist chinesischer Abstammung. Sein Familienname („Dīng“ in Pinyin-Umschrift) wird mit dem Schriftzeichen 丁 geschrieben, das einem „J“ sehr ähnlich sieht. Ting hat also seine Entdeckung nach sich selbst benannt.
Siehe auch [Bearbeiten]
Einzelnachweise [Bearbeiten]
- ↑ W.-M. Yao et al.: Particle Physics Booklet. Particle Data Group, July 2007, PDF
- ↑ Bogdan Povh et al.: Teilchen und Kerne. 6. Auflage. Springer-Verlag GmbH, 2004, ISBN 3-540-21065-2
- ↑ SLAC-SP-017 Collaboration (J. E. Augustin et al.): Discovery of a narrow Resonace in e+ e- Annhilation. In: Physical Review Letters. Band 33, 1974, S. 1406–1408 (online)
- ↑ E598 Collaboration (J. J. Aubert et al.): Experimental Observation Of A Heavy Particle J. In: Physical Review Letters. Band 33, 1974, S. 1404–1406
- ↑ DESY: Teilchenphysik im und jenseits des Standardmodells: Quarkmodell der Teilchenphysik, Universität Hamburg, SoSe 2005
Weblinks [Bearbeiten]
- CLEO
- Heavy Flavor Averaging Group Aktuelle Datensammlung zur Physik der schweren Quarks
