Exotische Materie
Vortrag von Bernhard Roth
Ruhr-Universität Bochum
5.12.2006
Exotische Materie
• Wirkung auf Quarks• Trägerteilchen: Gluonen• Farbladung• Farbneutralität• Besonderheit: Gluonen tragen selbst Ladung
QCD
q q
q
q
q
rotgelb qq gelbrot qq
QED vs. QCD
Gluonen: tragen Farbladung
Starke WWkeine WW
Photonen: Keine elektromagnetische Ladung
QED vs. QCD
q q+-
+-q q
Selbst-WW -> Flux-Tube (Schlauch)
V 1/r~ V r~
Name elektromagnetische Kraft starke Kraft
wirkt auf Elektrische Ladung Farbladung
übertragende Teilchen Photon Gluon
teilnehmende Teilchen Teilchen mit Ladung Quarks, Gluonen
für r → ∞
QCD
rrV
rKrcrV S
für)(34)( q
q
q q
Exotische MaterieMit QCD verträgliche Konfigurationen
Multiquarkzustände
• Hadronen aus mehr als 3 Quarks• z.B. Pentaquarks
• Quarkmolekül (z. B. f0(980) – KK ?)
q q
q
q
Mesoniumq
q
Hybridmesonen• Mesonen• Zusätzlicher angeregter gluonischer Freiheitsgrad• höhere Masse• veränderte Quantenzahl
Baryon (qqq) Hybrid (qqg)
q
q
Gluonenbälle
Meson (qq)
• Gebilde aus „reiner Kernkraft“ ohne Quarks• Zerfall ist „flavour-blind“ • Zerfall nur über starke WW• exotische Quantenzahlen möglich:
Glueball (gg)
,...1,0,0 PCJ
Gluonenbälle
Spektrum
Drehimpuls
SLJ
1)1( LP
SLC )1(
Parität
C-Parität
Skalares MesonnonettsS
IZ
)1430(*0K)1430(*00K
)1450(0a
)1430(*0K )1430(
*00K
)1450(0a)1450(00a (?)0f
(?)0f-1 1
-1
1• Nonett noch nicht vollständig • Suche nach fehlenden Teilchen
• Überbesetzung des skalarenMesonnonetts
• Mischzustände mit skalaren Mesonen mit
Isoskalar
Isovektor )1450(,)980( 00
00
aa
)1710(,)1500(,)1370(,)980( 0000 ffff
)0( PJ
0PCJ
pp-Reaktionen• Reaktion: pp → π0 π0 π0
• pp → f0(1500) π0 (Crystal Barrel/LEAR)
• f0(1500) → 2 π, 4 π, ηη, ηη‘, KK
• f0(1500) → γγ• M = (1507 ± 5) MeV/c2
• Γ = (109 ± 7) MeV/c2
• JPC = 0++
f0(1500)
1
2
3
00 1 2 3
n = 700000
m2(π1π2)
m2 (π
1π3)
f0(1500) exotisch?
• Überzählig im Skalaren Mesonnonett• Relativ schmal → lange Lebensdauer• Passt nicht in Nonett:
• Zerfallskanäle mit u, d und s-Quarks• Masse und Quantenzahlen vorhergesagt für Grundzustand
des Glueballs
)()( 0* aK
22 /)13265(/)14287( cMeVcMeV
20 /)7109())1500(( cMeVf
Exotisch?
• pp → f0(1500)…• „Gluonenreicher“ Prozess• beliebige Quantenzahlen
• e-e+- Prozess JP=1-
• keine Gluonen beteiligt• Kopplung an Ladung
keine Kopplung an Gluonen
γ
γ
g
g
Anti-Glueball Filtere-e+-Prozess
kein f0(1500)
Suche nach Glueballs• Systematische Suche bisher am CERN (LEAR) bis 2000 • Geplante Fortsetzung: PANDA/FAIR in Darmstadt ab ca. 2013
FAIR/HESR
FAIRFacility for Antiproton and Ion Research
Plasmaphysik
Atomphysik
PANDA
vorhandene GSI Institute
HESR
Isotopen Strahlen
SIS100 SIS300
HESR• Hohe Strahlintensität• Hohe Ereignisrate dank festem Target• Brillante Strahlqualität• FAIR: Parallelbetrieb
1m
65
1232
1010
/155,1102
pp
cGeVpscmL
p
QuellenProf. U. Wiedner: „How to study QCD? Or Physics with PANDA“, Vorlesung vom 7.1.2005Prof. H. Koch: „Exotische Hadronen“, Kolloquium UNI Tübingen, 10.12.2003F. E. Close: „Gluonenbälle – Gebilde aus reiner Kernkraft“, Spektrum der Wissenschaft, 1.1999F. E. Close: „Glueballs and hybrids: new states of matter“, Contemporary Physics, 1997, volume 38,1W.-M.Yao et al. (Particle Data Group), J. Phys. G 33, 1 (2006) http://www.gsi.de, Gesellschaft für Schwerionenforschung mbH, Darmstadt
GSI
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