Nach 50-Jähriger Jagd Wurde Ein Neues Pentaquark-Teilchen Entdeckt

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Ein neues teilchen, bekannt als pentaquark, wurde 50 jahre nach seinem ersten vorschlag in den daten des large hadron collider entdeckt.

Nach 50 Jahren ist die Jagd vorbei.

Wissenschaftler des Large Hadron Collider, des weltgrößten Atomschlags, haben Beweise für die Existenz des Pentaquarks gefunden, einem schwer fassbaren subatomaren Teilchen, das vor mehr als 50 Jahren zum ersten Mal vermutet wurde.

"Der Pentaquark ist nicht irgendein neuer Partikel", sagte Guy Wilkinson, ein Sprecher des LHC-Experiments, das den Pentaquark entdeckte.

"Es stellt eine Möglichkeit dar, Quarks, nämlich die Grundbestandteile gewöhnlicher Protonen und Neutronen, in einem Muster zusammenzufassen, das in über 50 Jahren experimenteller Durchsuchungen noch nie beobachtet wurde. Durch das Studium seiner Eigenschaften können wir besser verstehen, wie gewöhnliche Materie, das Protonen und Neutronen, aus denen wir alle gemacht sind, sind konstituiert. " [Siehe Fotos des weltgrößten Atomzerstörers (Large Hadron Collider)]

Die neue Entdeckung bestätigt eine lange bestehende Vorstellung von der Natur der Materie. Im Jahr 1964 schlug der Physiker Murray Gell-Mann vor, dass eine Gruppe von Teilchen, die als Baryonen bezeichnet wird, die Protonen und Neutronen umfasst, tatsächlich aus drei noch kleineren geladenen subatomaren Teilchen besteht, die als Quarks bekannt sind. Inzwischen, so die Theorie, bestand eine andere Gruppe von Teilchen, die Mesonen genannt wurde, aus Quarks und ihren Antimateriepartnern, den Antikarks.

Die Theorie wurde bald durch experimentelle Ergebnisse bestätigt, und Gell-Manns Arbeit gewann 1969 den Nobelpreis für Physik. Aber die Verdrängung der Zahlen in Gell-Manns Theorie führte auch zu der Schlussfolgerung, dass andere, exotischere Teilchen wie der Pentaquark existieren könnten: eine Gruppe von vier Quarks und ein Antiquark. In den letzten Jahrzehnten haben die Menschen Hinweise auf Pentaquarks in experimentellen Daten gesehen, aber diese waren allesamt falsche Anhaltspunkte.

In der aktuellen Studie untersuchten Wilkinson und seine Kollegen den Zerfall von Partikeln nach Kollisionen im Large Hadron Collider (LHC), einem 27 Kilometer langen unterirdischen Ring unterhalb von Genf, Schweiz. Das Team untersuchte, wie ein bestimmtes Baryon, bekannt als Lambda B, in drei andere Teilchen zerfiel: ein Proton, ein Teilchen, das als J-psi bekannt ist, und ein geladenes Kaon.

Bei der Analyse der Daten dieser Kollisionen bemerkten die Forscher jedoch Spitzen, die darauf hindeuteten, dass die Lambda-B-Baryonen auf dem Weg zu diesen drei anderen Partikeln einen Boxenstopp einlegten und auf dem Weg in andere, dazwischenliegende Partikel übergingen.

"Wir haben alle Möglichkeiten für diese Signale geprüft und kommen zu dem Schluss, dass sie nur durch Pentaquark-Zustände erklärt werden können", sagte der Mitautor der Studie, Tomasz Skwarnicki, Physiker an der Syracuse University in New York.

Die neuen Beweise für Pentaquarks sind viel robuster als frühere Hinweise, da das LHC-Experiment einen Detektor verwendet, der alle Endzustände der Partikel nach einer Kollision identifiziert, sagte der Mit-Autor der Studie, Sheldon Stone, Physiker an der Syracuse University, gegenüber WordsSideKick.com Email. Infolgedessen können die Wissenschaftler mithilfe mathematischer Detektivarbeit die intermediären Zerfallszustände besser identifizieren.

Basierend auf den LHC-Daten kam das Team zu dem Schluss, dass diese Zwischenpartikel Pentaquarks waren, die aus zwei Up-Quarks, einem Down-Quark, einem Charm-Quark und einem Anti-Charm-Quark bestehen. (Quarks gibt es in sechs Geschmacksrichtungen: oben, unten, oben, unten, seltsam und charmant.) Die Forscher haben ihre Ergebnisse nun der Zeitschrift Physical Review Letters vorgelegt.

Die neuen Ergebnisse bestätigen nicht nur das Standardmodell, die vorherrschende Theorie der Physik, die die Verwirrung subatomarer Teilchen der Welt erklärt, sondern sie werfen auch neue Fragen auf.

Es ist zum Beispiel immer noch nicht klar, wie die Pentaquarks zusammengeklebt werden. Einige Theorien legen nahe, dass die Bestandteile des Pentaquarks eng miteinander verbunden sind, während andere eine lockere Assoziation zwischen den jugendlichen subatomaren Teilchen vorschlagen. Zu verstehen, wie die stark kraftbindenden Pentaquarks funktionieren, könnte auch in anderen Bereichen wichtig sein.

"Dies kann zum Beispiel bei der Sternentstehung wichtig sein", sagte Stone.

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