Pentaquarks und das Quarkmodell der Hadronen Historische Entwicklung Quark-Theorie Pentaquarks Zusammenfassung Ausblicke
Historische Entwicklung der Elementarteilchenphysik Vor 1952 nur mit Hilfe kosmischer Strahlung 1952: erster moderner Teilchenbeschleuniger Entdeckung vieler neuer Teilchen Hinweise auf die Nicht-Elementarität des Protons und Neutrons durch das anomale magnetische Moment Postulation der strangeness durch Gell-Mann
Historische Entwicklung der Elementarteilchenphysik Entdeckung vieler neuer elementarer Teilchen, die nicht in ein Ordnungsschema gebracht werden können Willis Lamb: When the Nobel Prizes were first awarded in 1901, physicists knew some-thing of just two objects which are now called «elementary particles»: the electron and the proton. A deluge of other «elementary» particles appeared ater 1930; neutron, neutrino, m meson, p meson, heavier mesons, and various hyperons. I have heard it said that «the finder of a new elementary particle used to be rewarded by a Nobel Prize, but such a discovery now ought to be punished by a $10,000 fine
Das Quark-Modell The eight-fold way: Anordnung der Baryonen und Mesonen in geometrische Figuren, je nach Ladung und strangeness Die leichtesten Baryonen, u (up), d (down), s (strange), bilden eine SU(3)-Gruppe d u d u d u s s s Die Mesonen bestehen aus einem Quark und einem Antiquark.
d d u u d u d s u s s s
Erweiterung auf 6 Quarks Die Berechnung erfolgt mit Young-Tableaus. Eine graphische Darstellung ist nicht mehr möglich, da es ein 5-dimensionales Diagram ergäbe.
Pauli s Ausschlußprinzip Quarks sind Fermionen mit Spin ½ ++ besteht aus drei up-quarks 1964: O.W. Greenberg schreibt den Quarks eine Farbe zu, nämlich rot, grün und blau. All naturally occuring particles are colorless
Pauli s Ausschlußprinzip Entweder addieren sich die Farben zu Null oder alle Farben sind in gleichen Mengen vorhanden. Quark-confinement: Es sind keine einzelnen Quarks beobachtbar QCD:
Das Potential der QCD
Pentaquarks Q: Was wurde entdeckt? A: Ein neues Baryon (θ + ) mit folgenden Eigenschaften: Ladung: +1 Masse: ~1540 MeV Zerfall:
Q: Warum ist das ungewöhnlich? A: Beim starken Zerfall bleiben erhalten: Baryonenzahl B=1 Strangeness S=+1 Ladung Q=1 Dies ist im Quarkmodell nur möglich mit einer Pentaquark-Konfiguration
Erste Beobachtung des θ + am SPring-8
Woher kommt der Peak? Was kann es sein: Zerfall in ein Baryon: Baryonisches System Geringe Peakbreite <10MeV: Zerfall via starker Wechselwirkung Starker Zerfall erhält Strangeness: Teilchen muss ein strange-antiquark enthalten Minimale Quark-Konfiguration:
Weitere experimentelle DIANA am ITEP SAPHIR am ELSA HERMES Zeus Die Suche nach Pentaquarks verlief an manch anderen Detektoren jedoch erfolglos Hinweise
Zusammenfassung Nachweis des θ + scheint experimentell gesichert. Keine größeren Beschleuniger von Nöten Verbesserung des theoretischen Verständnisses
Ausblick Ist das θ + ein Singulet? Hinweise auf charmed-pentaquarks Verbreiterung der statistischen Basis notwendig Vervollständigung der Pattern
Literatur D. Griffiths, Introduction to elementary particles D. Perkins, Introduction to high energy physics O. Meyer, Quarks im Fünferpack, SdW 06/04 U.a.