Tetraquark

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Wechseln zu: Navigation, Suche

Tetraquarks (von griechisch Tetra, vier) sind hypothetische Mesonen aus vier Quarks (zwei Quarks und zwei Antiquarks). Sie gehören wie die Pentaquarks zu den exotischen Hadronen, das heißt solchen hypothetischen Hadronen, die nicht wie die bekannten Mesonen aus zwei Quarks (Quark-Antiquark) oder wie die Baryonen aus drei Quarks aufgebaut sind. Tetraquarks können nach dem gegenwärtigen Kenntnisstand in der Theorie der starken Wechselwirkung, der Quantenchromodynamik, nicht ausgeschlossen werden. Sie wurden schon mehrfach zur Interpretation von Resonanzen vorgeschlagen, die in Beschleunigerexperimenten gemessen wurden. Bisher wurde für ihre Existenz jedoch kein eindeutiger Nachweis erbracht.

Einige Zustände im Energiebereich des Charmoniums, die am Belle- und am BaBar-Experiment beobachtet wurden, sind als Tetraquark interpretiert worden. Ein Beispiel hierfür ist die Resonanz X(3872) mit einer Masse von 3872 MeV/c², die 2003 vom Belle-Experiment entdeckt wurde.[1][2]

2010 kündigte eine Gruppe deutscher und pakistanischer Physiker (Ahmed Ali und Christian Hambrock von DESY, Jamil Aslam von der Quaid-i-Azam Universität) die mögliche Entdeckung eines Tetraquarks an, die durch Neuanalyse von Daten des Belle-Experiments aus dem Jahr 2008 möglich wurde.[3][4] Damals waren gegenüber den theoretischen Erwartungen (der Quantenchromodynamik) um mehrere Größenordnungen erhöhte Zerfallsraten eines, wie man annahm, angeregten Bottomonium-Zustands Y (5 S) in niedrigere Zustände unter Erzeugung eines Paars geladener Pionen beobachtet worden. Ali, Hambrock und Aslam interpretieren den Ausgangszustand als Tetraquark Y_b (10890) aus zwei leichten \,u- bzw. \overline u-Quarks und zwei schweren \,b- bzw. \overline b-Quarks.[5] Die Autoren geben an, die Massen und Zerfallsraten mit ihrem Modell gut reproduzieren zu können. Es gibt aber auch alternative Erklärungsversuche.[4]

Meldung über Entdeckung des Tetraquarks 2013[Bearbeiten]

Zwei Teams meldeten unabhängig die Entdeckung der kurzlebigen Vier-Quark-Resonanz Zc(3900), das Belle-Team am KEK im japanischen Tsukuba[6][7][8][9] und das Beijing Spectrometer III (BES III) am Beijing Electron Positron Collider in Peking.[10] Die Bezeichnung deutet auf die Masse (3900 MeV, entsprechend etwa der vierfachen Masse des Protons). Es ist einfach positiv geladen und besteht wahrscheinlich aus (u, \bar {d}, c, \bar {c}) Quarks. Das Belle Team hatte schon 2008 und 2011 Kandidaten für Tetraquarks gemeldet, die aber nicht durch andere Beschleuniger bestätigt wurden. Ursprünglich war man auf der Suche nach dem Y(4260)-Tetraquark Kandidaten, der 2005 am SLAC beobachtet wurde. Allerdings gibt es noch von theoretischer Seite Differenzen über die Interpretation der neu entdeckten Vier-Quark-Zustände als genuine Tetraquarks oder Bindung zweier Mesonen (Mesonen-Moleküle).

Meldung über Entdeckung des Tetraquarks 2014[Bearbeiten]

Im April 2014 bestätigten Forscher des LHCb-Experiments die Existenz des Z(4430), eines Tetraquark-Kandidat, der bereits von der Belle-Kollaboration beobachtet worden war.[11][12]

In der Interpretation der früher diskutierten Kandidaten standen sich zwei Theorien gegenüber, eine die diese durch ein Modell von zwei gebundenen farb-geladenen Diquarks (die zwei Quarks und Antiquarks bilden jeweils einen Diquark) beschreiben wollten, also einer neuen Teilchenart (Tetraquark), die andere interpretierte dies auf mehr konventionelle Weise als kurzzeitige Resonanz von zwei farb-neutralen Mesonen (die also jeweils aus einem Quark und einem Antiquark bestanden). Ein Problem der Mesonentheorie ist die sich aus ihr ergebende schwache Bindung der beiden farbneutralen Mesonen in der QCD, was es schwierig macht sich vorzustellen, warum sie überhaupt in den hochenergetischen Protonen-Kollisionen am LHC auftreten. Ein Problem der Diquarktheorie ist die Tatsache, dass viele der Kandidaten eine Masse haben, die fast genau der zweier Mesonen entspricht. Die Mesonentheorie galt deshalb bei einigen der Resonanzen wie dem 2003 in Japan gefundenen X(3872) als Favorit, da deren Masse nahe bei der Summe der sie nach der Mesonentheorie zusammensetzenden Mesonen lag. Bei den beim LHC 2014 gefundenen Kandidaten scheint dagegen eine Erklärung in der Mesonentheorie aus den beobachteten Eigenschaften (z.B. Masse, Spin-Parität) schwierig, was die Entdeckung einer neuen Art stark wechselwirkender Teilchen (Tetraquarks) nahelegt. Eine Erklärung innerhalb der QCD steht noch aus.[13]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. S.-K. Choi u.a. Observation of a narrow charmonium-like state in exclusive B+ -> K+ pi+pi- J/psi decays, Phys. Rev. Letters, 91, 2003, 262001, S.-K. Choi and Belle Collaboration Properties of X (3872), 2004.
  2. Interpretation als Tetraquark: L. Maiani, F. Piccinini, V. Riquer, A.D. Polosa "Diquark-antidiquarks with hidden or open charm and the nature of X(3872), Physical Review D 71, 2005, 014028.
  3. Ali, Hambrock, Aslam Tetraquark Interpretation of the BELLE Data on the Anomalous Υ(1S) π+π- and Υ(2S) π+π- Production near the Υ(5S) Resonance, Physical Review Letters Bd.104, 2010, S.162001.
  4. a b Zoe Matthews Evidence grows for Tetraquarks, Physics World, Online News Archive, 27. April 2010.
  5. Beziehungsweise aus einer Überlagerung des entsprechenden Tetraquark mit down statt up Quarks, die nach Ali, Hambrock und Aslam etwa dieselbe Masse haben sollte.
  6. Liu, Z. Q. u.a. Study of e+e−→π+π−J/ψ and Observation of a Charged Charmoniumlike State at Belle, Phys. Rev. Lett. 110, 252002 (2013), Abstract.
  7. Devin Powell Quark quartet opens fresh vista on matter, Nature News vom 18. Juni 2013
  8. Manfred Lindinger Tetraquark Mächtiger Neuzugang im Teilchenzoo, FAZ Wissen vom 20. Juni 2013.
  9. Eric Swanson Viewpoint: New particle hints at four quark matter, APS, Physics 6, 2013, 69.
  10. Ablikim, M. et al. Observation of a Charged Charmoniumlike Structure in e+e−→π+π−J/ψ at s√=4.26  GeV, Phys. Rev. Lett. 110, 252001 (2013), Abstract.
  11. LHC spots particle that may be new form of matter. In: NewScientist, 10. April 2014.
  12. How CERN’s Discovery of Exotic Particles May Affect Astrophysics. In: Universe Today, 10. April 2014.
  13. Natalie Wolchover, Quantum quartet fuels quantum feud, Quanta, 27. August 2014, Simons Foundation