Neue "Charmed" Teilchen stellt seltene Zustand der Materie

Eine neue Art von Teilchen kann unabhängig voneinander an zwei Teilchenbeschleunigern aufgetaucht haben Physiker sagen. Das Teilchen, gemacht aus vier Quarks (die Zutaten aus Protonen und Neutronen), scheint einen Zustand der Materie bisher unbekannte darstellen.

Zeichen des Teilchens gesichtet wurden an das Belle-Experiment in Japan und dem Beijing-Spektrometer-Experiment (BESIII) in China. Wissenschaftler können nicht sicher sein, was das Teilchen gebildet wird, oder ob es überhaupt ein einzelnes Teilchen überhaupt – es gibt eine Chance, es könnte sein, dass zwei Teilchen, die jeweils aus einem Paar von Quarks, miteinander verbunden. Aber nichts, wie es vorher gesehen hat, und die Entdeckung die Hoffnung bietet der näheren Erläuterung der seltsamen Art von Quarks.

"Es hilft uns zu verstehen, wie die Materie zusammengesetzt ist, und es hilft uns diese zugrunde liegende Theorie der Quark Interaktionen zu verstehen", sagte Leo Piilonen, ein Physiker an der Virginia Tech und ein Sprecher für die Belle Zusammenarbeit. [Über Higgs: 5 schwer fassbaren Teilchen, die auf Entdeckung warten]

Exotische Materie

Belle und BESIII kollidieren Elektronen mit Antimaterie Gegenstücke, Positronen, um mächtige Explosionen zu erzeugen, die die schnelle Teilchen kinetische Energie in neue Formen der Materie zu verwandeln. Unter den verschiedenen Produkten, geboren in der Zusammenstöße sind exotische Teilchen, genannt Y(4260), im Jahr 2005 zum ersten Mal entdeckt.

"Dies ist ein sehr interessantes Teilchen – entdeckt wurde, aber es ist nie vorhergesagt worden,", sagte Fred Harris, ein Physiker an der Universität von Hawai ' i bei Mānoa und Co Sprecherin BESIII. "Es ist ein schwarzes Schaf in der Hochenergiephysik."

Bei der Untersuchung der Zerfälle von Y(4260) Partikeln, die Forscher bemerkt die Partikel würde manchmal zerfallen in eine noch geheimnisvoller Bindungszustand, die scheinbar aus einem Charm-Quark, eine Anti-Charm-Quark und zwei andere Quarks bestehen – vielleicht ein Up-Quark und einem Anti-Down-Quark.

Quarks kommen in sechs Geschmacksrichtungen –, down, strange, charm, bottom und top – und jeder von diesen Aromen hat einen Antimaterie-Pendant. Die Protonen im Inneren der Atome bestehen aus zwei Up-Quarks und einem Down-Quark, während Neutronen aus zwei tiefen und ein Up-Quark bestehen. Keine Partikel gebildet aus vier Quarks nachweislich überhaupt existieren.

Wissenschaftler sind noch herauszufinden, die verschiedenen Wege Geschmackskombinationen von Quarks zu Form Partikel zusammenpassen können. Diese Interaktionen werden durch eine Theorie namens Quantenchromodynamik (QCD), die immer noch schlecht verstanden wird beschrieben. [Die 9 größten ungelösten Rätsel der Physik]

"QCD war eine große Entwicklung in unserem Verständnis der Materie – in der Tat habe es einen Nobelpreis – aber Menschen können noch keine Berechnungen mit ihm, weil es so kompliziert," Piilonen sagte LiveScience. "[Diese Entdeckung] hilft QCD besser zu verstehen."

Kein Zufall

Das neue Teilchen wird Z_c(3900) genannt. Die Physiker nicht sicher sein, was Z_c(3900) gemacht wird, aber sie sind ziemlich sicher, dass es existiert. Das Belle-Experiment fand 160 der Partikel und BESIII fand 300. Beide Entdeckungen sind statistisch signifikant, und sind sehr unwahrscheinlich, dass ein Glücksfall erweisen. Die Ergebnisse wurden in zwei Zeitungen veröffentlicht in der Zeitschrift Physical Review Letters Juni 17 beschrieben.

"Gebundene Zustände wie diese nie beobachtet wurden, bevor in der Teilchenphysik-Gemeinde so viele Links am Kopf kratzen," schrieb Physiker Eric Swanson von der University of Pittsburgh, der nicht entweder-Projekt beteiligt war, in einem Essay über die Entdeckungen in der gleichen Zeitschriftenausgabe veröffentlicht.

"Wenn die vier-Quark-Erklärung bestätigt wird, unsere Teilchenphysik Zoo muss erweitert werden, um neue Arten erweitert," hinzugefügt Swanson. "Und unser Verständnis von Quark Taxonomie wird in einen neuen Bereich erweitert haben."

BESIII ist die neueste Iteration eines Projekts, das an der Peking-Elektron-Positron Collider in den 1990er Jahren begann. Erst vor kurzem hat das Experiment Ausrichtung wurden die Nebenprodukte der Y(4260) Partikel, und seine erste Ergebnisse auf dem Z_c(3900) basieren auf nur zwei Monate der Datenerhebung, Harris sagte. Mit mehr Zeit, die Physiker erwarten ein klareres Bild von was das Teilchen besteht und was andere seltsamen Kombinationen von Quarks wäre möglich.

"Wir sind sehr aufgeregt", sagte Harris. "Wir damit angefangen die X-Y-Z Physik vor kurzem, und ich denke, wir werden sehr erfolgreich zu sein," fügte er hinzu, unter Bezugnahme auf die geheimnisvolle Familie von Quark-haltigen Partikel mit Namen beginnen mit den Buchstaben X, Y und Z.

Die erste Version von Belle, gelegen am KEKB Teilchenbeschleuniger in Tsukuba, Japan, 2010 stillgelegt, und der neue Discovery basiert auf Daten, die bis dahin. Das Projekt Nachfolger, Belle 2, befindet sich derzeit im Aufbau und Inbetriebnahme im Jahr 2015 erwartet. Das Experiment wurde hauptsächlich entwickelt, um die Unterschiede zwischen Materie und Antimaterie zu studieren.

"Wenn wir zuerst Belle gebaut wir nie in unseren kühnsten Träumen erwartet, dass wir etwas davon finden würde", sagte Piilonen. "Wir waren nicht auf der Suche nach diesen bestimmten Staaten, aber diese faszinierende Entdeckungen serendipitously entstanden."

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