Pentaquark: Unterschied zwischen den Versionen

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[[Datei:Pentaquark.svg|mini|Die fünf beteiligten [[Quark (Physik)|Quarks]] des 2015 entdeckten Pentaquarks (uudc{{overline|c}}). Die [[Farbladung]]en sind willkürlich gewählt.]]
[[Datei:Pentaquark.svg|mini|Die fünf beteiligten [[Quark (Physik)|Quarks]] des 2015 entdeckten Pentaquarks (uudc{{overline|c}}). Die [[Farbladung]]en sind willkürlich gewählt.]]
'''Pentaquarks''' (von {{grcS|πέντε|pente}} „fünf“), ein Begriff der [[Teilchenphysik]], sind [[Exotisches Hadron|exotische]] [[Hadron]]en aus fünf [[Quark (Physik)|Quarks]] und mit einer [[Baryonenzahl]] von +1 bzw. -1.


'''Pentaquarks''' (von {{grcS|penta|de=fünf}}), ein Begriff der [[Teilchenphysik]], sind exotische [[Hadron]]en mit einer [[Baryonenzahl]] von +1 und einem Aufbau aus fünf [[Quark (Physik)|Quarks]].
== Allgemeines ==
Pentaquarks werden, wie alle aus Quarks aufgebauten Gebilde, von der [[Starke Kernkraft|starken Kernkraft]] zusammengehalten. Wie alle Hadronen sind sie [[Farbladung|farbneutral]]. Sie setzen sich zusammen aus vier Quarks und einem Antiquark (Baryonenzahl insgesamt +1) oder vier Antiquarks und einem Quark (Baryonenzahl insgesamt -1). Außerdem ist ihr [[Spin]] halbzahlig, daher sind sie [[Fermion]]en.


Am 13. Juli 2015 berichteten Forscher am [[LHCb]]-Detektor des [[Large Hadron Collider]] von [[CERN]] in [[Genf]] von der Entdeckung zweier Pentaquarks-[[Charmonium]]-Zustände (Pentaquarks mit Beteiligung von Charm- und Anti-[[Charm-Quark]]s) beim Zerfall des [[Lambda-Baryon|Lambda-b]]-[[Baryon]]s <math>\Lambda_b^0 \ </math> in das [[Kaon]] <math>\Kappa^- \ </math> und das Pentaquark (uudc{{overline|c}}).<ref name="LHCbarXiv" />
In ihren physikalischen Eigenschaften sind Pentaquarks anderen [[Baryon]]en wie dem [[Proton]] und [[Neutron]] ähnlicher als den [[Meson]]en, die ebenfalls sowohl Quarks als auch Antiquarks enthalten, aber [[Boson]]en sind.


== Allgemeines ==
== Vorhersage der Existenz ==
Pentaquarks werden, wie alle aus Quarks aufgebauten Gebilde, von der [[Starke Kernkraft|starken Kernkraft]] zusammengehalten. Wie alle [[Hadron]]en sind sie [[Farbladung|farbneutral]]. Sie setzen sich aus vier Quarks und einem Antiquark (oder vier Antiquarks und einem Quark) zusammen und weisen somit eine Baryonenzahl von +1 oder −1 auf. Außerdem ist ihr [[Spin]] halbzahlig, daher sind sie [[Fermion]]en. In ihren physikalischen Eigenschaften sind sie anderen [[Baryon]]en wie dem [[Proton]] und [[Neutron]] ähnlicher als den [[Meson]]en, die ebenfalls sowohl Quarks als auch Antiquarks enthalten, aber [[Boson]]en sind.
Die Existenz von Teilchen mit fünf Quarks war bereits&nbsp;1964 von [[Murray Gell-Mann]] vorhergesagt worden.<ref name="LHCbpublicpage" /> 1987 wurden sie von Harry J. Lipkin „Pentaquarks“ genannt.<ref name="Lipkin1987">{{Literatur |Autor=H. J. Lipkin |Titel=New possibilities for exotic hadrons — anticharmed strange baryons |Sammelwerk=[[Physics Letters B]] |Band=Vol. 195 |Nummer=3 |Datum=1987 |Seiten=484–488 |Sprache=en |DOI=10.1016/0370-2693(87)90055-4 |bibcode=1987PhLB..195..484L}}</ref> 1997 machten [[Dmitri Igorewitsch Djakonow|Dmitri Diakonov]], V.&nbsp;A.&nbsp;Petrov und [[Maxim Polyakov]] eine – von anderen Teilchenphysikern skeptisch aufgenommene – konkrete Vorhersage<ref>{{arXiv|hep-ph|9703373}}</ref> eines Teilchens mit einer ungewöhnlich hohen [[Lebensdauer (Physik)|Lebensdauer]], die zu einer sehr kleinen und daher deutlich zu beobachtenden [[Zerfallsbreite #Totale Zerfallsbreite|totalen Zerfallsbreite]] von lediglich 30&nbsp;[[Elektronenvolt #Dezimale Vielfache|MeV]] führen würde. Die Masse sollte 1530&nbsp;MeV betragen.


== Vorhersage der Existenz von Pentaquarks ==
Unter Anwendung von [[Gittereichtheorie]]n der [[Quantenchromodynamik]] sind mithilfe von Computersimulationen weitere Vorhersagen über Eigenschaften der Pentaquarks versucht worden. Allerdings sind diese theoretischen Ansätze noch nicht sehr fortgeschritten, und verschiedene Forschungsgruppen kamen zu widersprüchlichen Ergebnissen.
Die Existenz von Teilchen mit fünf Quarks war bereits 1964 von [[Murray Gell-Mann]] vorhergesagt worden.<ref name="LHCbpublicpage" /> 1987 wurden sie von Harry J. Lipkin „Pentaquarks“ genannt.<ref name="Lipkin1987">{{cite journal
|author=H. J. Lipkin
|year=1987
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Unter Anwendung sogenannter [[Gittereichtheorie]]n der [[Quantenchromodynamik]] sind mithilfe von Computersimulationen weitere Vorhersagen über Eigenschaften der Pentaquarks versucht worden. Allerdings sind diese theoretischen Ansätze noch nicht sehr fortgeschritten, und verschiedene Forschungsgruppen sind zu widersprüchlichen Ergebnissen gekommen.
== Unsichere Meldungen über die Entdeckung ==
 
== Unsichere Meldungen über die Entdeckung von Pentaquarks ==
Die erste experimentelle Beobachtung des Θ<sup>+</sup> wurde im Juli 2003 von Takashi Nakano von der [[Universität Osaka]] ([[Japan]]) gemeldet und von Ken Hicks am [[Thomas Jefferson National Accelerator Facility|Jefferson Laboratory]], [[Virginia]], [[Vereinigte Staaten|USA]], bestätigt. Diese überraschende Entdeckung führte zu einer Welle von Untersuchungen bereits existierender Daten nach Anzeichen für das Pentaquark. Innerhalb von wenigen Monaten meldeten etwa ein Dutzend verschiedene Gruppen, ebenfalls Evidenz für das Θ<sup>+</sup> entdeckt zu haben. Einige Gruppen behaupteten sogar, weitere Pentaquarks nachweisen zu können.
Die erste experimentelle Beobachtung des Θ<sup>+</sup> wurde im Juli 2003 von Takashi Nakano von der [[Universität Osaka]] ([[Japan]]) gemeldet und von Ken Hicks am [[Thomas Jefferson National Accelerator Facility|Jefferson Laboratory]], [[Virginia]], [[Vereinigte Staaten|USA]], bestätigt. Diese überraschende Entdeckung führte zu einer Welle von Untersuchungen bereits existierender Daten nach Anzeichen für das Pentaquark. Innerhalb von wenigen Monaten meldeten etwa ein Dutzend verschiedene Gruppen, ebenfalls Evidenz für das Θ<sup>+</sup> entdeckt zu haben. Einige Gruppen behaupteten sogar, weitere Pentaquarks nachweisen zu können.


Allerdings tauchten auch Zweifel sowohl theoretischer als auch experimenteller Natur an den Ergebnissen auf. Etwa ein Dutzend andere experimentelle Gruppen haben keinerlei Hinweise auf die Existenz des Θ<sup>+</sup> gefunden. Außerdem fanden die Experimente unterschiedliche Massen, die teilweise nicht miteinander kompatibel waren. Besonders überraschend war die geringe [[Zerfallsbreite]], die noch deutlich unter dem vorhergesagten Wert von Diakonov, Petrov und Polyakov lag. Das Pentaquark würde damit über 100 Mal länger leben als andere Teilchen mit vergleichbarer Masse.
Allerdings tauchten auch Zweifel sowohl theoretischer als auch experimenteller Natur an den Ergebnissen auf. Etwa ein Dutzend andere experimentelle Gruppen haben keinerlei Hinweise auf die Existenz des Θ<sup>+</sup> gefunden. Außerdem fanden die Experimente unterschiedliche Massen, die teilweise nicht miteinander kompatibel waren. Besonders überraschend war die geringe [[Zerfallsbreite]], die noch deutlich unter dem vorhergesagten Wert von Diakonov, Petrov und Polyakov lag. Das Pentaquark würde damit über 100 Mal länger leben als andere Teilchen mit vergleichbarer Masse.


Die ''CLAS Collaboration'' am ''Jefferson Laboratory'' in Newport News, Virginia, USA, unter der Leitung von Raffaella de Vita hat schließlich ein gezieltes Experiment zur Untersuchung der Pentaquark-Hypothese unternommen. In dieser bisher umfassendsten Untersuchung ergaben sich keinerlei Hinweise auf die Existenz von Pentaquarks. Infolgedessen gehen diese Wissenschaftler davon aus, dass die bisherigen Nachweise von Pentaquarks auf falsch interpretierten Daten beruhen. Diese Arbeit ist in der April-Ausgabe 2005 der Zeitschrift ''Nature'' zu finden.<ref>Mark Peplow: ''Doubt is cast on pentaquarks.'' In: ''news@nature.'' 2005, S.&nbsp;, {{DOI|10.1038/news050418-1}}.</ref> Auch die Particle Data Group kommt 2006 und zuletzt 2008<ref>[http://pdg.lbl.gov/2009/reviews/rpp2009-rev-pentaquarks.pdf Update der PDG zu Pentaquarks 2008] (PDF-Datei)</ref> zu der Schlussfolgerung, dass die ersten Meldungen einer Entdeckung 2003/2004 (damals durch mindestens 9 Gruppen in der Nachfolge der Erstentdecker) durch die Mehrzahl der nachfolgenden Experimente, die eine erheblich höhere Statistik aufwiesen, widerlegt waren.
Die ''CLAS Collaboration'' am ''Jefferson Laboratory'' in Newport News, Virginia, USA, unter der Leitung von Raffaella de Vita hat schließlich ein gezieltes Experiment zur Untersuchung der Pentaquark-Hypothese unternommen. In dieser bis dahin umfassendsten Untersuchung ergaben sich keinerlei Hinweise auf die Existenz von Pentaquarks. Infolgedessen gehen diese Wissenschaftler davon aus, dass die bisherigen Nachweise von Pentaquarks auf falsch interpretierten Daten beruhen. Diese Arbeit ist in der April-Ausgabe 2005 der Zeitschrift ''Nature'' zu finden.<ref>Mark Peplow: ''Doubt is cast on pentaquarks.'' In: ''news@nature.'' 2005, S.&nbsp;, [[doi:10.1038/news050418-1]].</ref> Auch die Particle Data Group kommt 2006 und zuletzt 2008<ref>[http://pdg.lbl.gov/2009/reviews/rpp2009-rev-pentaquarks.pdf Update der PDG zu Pentaquarks 2008] (PDF)</ref> zu der Schlussfolgerung, dass die ersten Meldungen einer Entdeckung 2003/2004 (damals durch mindestens 9 Gruppen in der Nachfolge der Erstentdecker) durch die Mehrzahl der nachfolgenden Experimente, die eine erheblich höhere Statistik aufwiesen, widerlegt waren.


2007 fanden Wissenschaftler der Kollaboration GRAAL beim Beschuss eines Nukleons mit Photonen Hinweise auf einen sehr schmalen Zustand (eine Baryonenresonanz) mit einer relativ hohen Lebensdauer (etwa zehnmal höher als typische Baryonenresonanzen). Er wurde N*(1685) (N-Star) getauft. Die Eigenschaften (Masse, Zerfallsbreite) decken sich mit den theoretischen Vorhersagen für ein Mitglied mit nicht-exotischen Quantenzahlen des minimal möglichen Dekupletts, das das hypothetische Pentaquark umfasst – Voraussagen, die Maxim Polyakov und andere bereits 2004 trafen.<ref>Polyakov und andere, Preprint 2004, {{arxiv|nucl-th/0312126}}; unabhängig davon Diakonov und andere 2004.</ref> Das Experiment, bei dem das N* entdeckt wurde, wurde durch Wissenschaftler am ELSA in Bonn bestätigt.<ref>V. Kuznetsov, M. V. Polyakov: ''New narrow nucleon N*(1685).'' In: ''JETP Letters.'' Springer, 2008. {{arxiv|0807.3217}}</ref>
2007 fanden Wissenschaftler der Kollaboration GRAAL beim Beschuss eines Nukleons mit Photonen Hinweise auf einen sehr schmalen Zustand (eine Baryonenresonanz) mit einer relativ hohen Lebensdauer (etwa zehnmal höher als typische Baryonenresonanzen). Er wurde N*(1685) (N-Star) getauft. Die Eigenschaften (Masse, Zerfallsbreite) decken sich mit den theoretischen Vorhersagen für ein Mitglied mit nicht-exotischen Quantenzahlen des minimal möglichen Dekupletts, das das hypothetische Pentaquark umfasst – Voraussagen, die Maxim Polyakov und andere bereits 2004 trafen.<ref>Polyakov und andere, Preprint 2004, {{arXiv|nucl-th/0312126}}; unabhängig davon Diakonov und andere 2004.</ref> Das Experiment, bei dem das N* entdeckt wurde, wurde durch Wissenschaftler am ELSA in Bonn bestätigt.<ref>V. Kuznetsov, M. V. Polyakov: ''New narrow nucleon N*(1685).'' In: ''JETP Letters.'' Springer, 2008. {{arXiv|0807.3217}}</ref>


2013 gab die DIANA-Kollaboration in Moskau bekannt, dass sie Pentaquarks beobachtet habe.<ref>{{Literatur|arxiv=1307.1653|Titel=Observation of a narrow baryon resonance with positive strangeness formed in K<sup>+</sup> Xe collisions|Autor=DIANA Kollaboration|Jahr=2013-07-05|Sprache=en}}</ref>
2013 gab die DIANA-Kollaboration in Moskau bekannt, dass sie Pentaquarks beobachtet habe.<ref>{{Literatur |Autor=DIANA Kollaboration |Titel=Observation of a narrow baryon resonance with positive strangeness formed in K<sup>+</sup> Xe collisions |Datum=2013-07-05 |Sprache=en |arXiv=1307.1653}}</ref>


== Die Entdeckung der Pentaquarks ==
== Die Entdeckung ==
[[Datei:Pentaquark-Feynman.svg|mini|[[Feynman-Diagramm]] des Zerfalls des Lambda-b-Baryon in Kaon und Pentaquark]]
[[Datei:Pentaquark-Feynman.svg|mini|[[Feynman-Diagramm]] des Zerfalls des Lambda-b-Baryon in Kaon und Pentaquark]]
Am 13.&nbsp;Juli 2015 berichteten Forscher am [[LHCb]]-[[Teilchendetektor|Detektor]] des [[Large Hadron Collider]] von [[CERN]] in [[Genf]] von der Entdeckung zweier Pentaquarks-[[Charmonium]]-Zustände (Pentaquarks mit Beteiligung von [[Charm-Quark|Charm]]- und [[Antiteilchen|Anti]]-Charm-Quarks) beim Zerfall des [[Lambda-Baryon|Lambda-b]]-[[Baryon]]s <math>\Lambda_b^0 \ </math> in das [[Kaon]] <math>\Kappa^-</math> und das Pentaquark (uudc{{overline|c}}).<ref name="LHCbarXiv" /> Die beiden Beobachtungen wiesen jeweils eine [[Statistische Signifikanz]] von mehr als 9&nbsp;[[Empirische Varianz#Empirische Standardabweichung|σ]] auf, welche die in der [[Teilchenphysik]] übliche Schwelle von 5&nbsp;σ für eine Entdeckung deutlich übersteigen.


Am 13. Juli 2015 berichteten [[LHCb]]-Forscher von der Entdeckung zweier Pentaquark-[[Charmonium]]-Zustände (Pentaquarks mit Beteiligung von Charm- und Anti-[[Charm-Quark]]s) beim Zerfall des [[Lambda-Baryon|Lambda-b]]-[[Baryon]]s <math>\Lambda_b^0 \ </math> in das [[Kaon]] <math>\Kappa^- \ </math> und das Pentaquark (uudc{{overline|c}}) mit einer [[Statistische Signifikanz|statistischen Signifikanz]] von jeweils mehr als 9 &sigma;, welche die in der Teilchenphysik übliche Schwelle von 5&sigma; für eine Entdeckung deutlich übersteigen. Die beiden Pentaquark-[[Charmonium]]-Zustände P<sub>c</sub>(4380)<sup>+</sup> und P<sub>c</sub>(4450)<sup>+</sup> bestehen aus zwei [[Up-Quark]]s, einem [[Down-Quark]], einem [[Charm-Quark]] und einem Anti-Charm-Quark. Der genaue Bindungsmechanismus für die fünf Quarks ist noch unklar. Entweder handelt es sich um ein festes Gebilde aus fünf eng beieinander liegenden Quarks oder um eine Art lockeres Gebilde aus drei und zwei eng beieinander liegenden Quarks.<ref name="LHCbarXiv" /><ref name="LHCbpublicpage" /><ref>{{Internetquelle |url=https://www.theguardian.com/science/2015/jul/14/large-hadron-collider-scientists-discover-new-particles-pentaquarks |titel=Large Hadron Collider scientists discover new particles: pentaquarks |autor= Ian Sample |werk= |hrsg=The Guardian |datum=2015-07-14 |zugriff=2015-07-14 | sprache=en}}</ref><ref>[http://press.cern/press-releases/2015/07/cerns-lhcb-experiment-reports-observation-exotic-pentaquark-particles CERN’s LHCb experiment reports observation of exotic pentaquark particles, CERN 14. Juli 2015]</ref>
Die beiden beobachteten Pentaquark-Charmonium-Zustände&nbsp;P<sub>c</sub>(4380)<sup>+</sup> und&nbsp;P<sub>c</sub>(4450)<sup>+</sup> bestehen aus zwei [[Up-Quark]]s, einem [[Down-Quark]], einem Charm-Quark und einem Anti-Charm-Quark. Der genaue Bindungsmechanismus der fünf Quarks ist noch unklar: entweder handelt es sich um ein festes Gebilde aus fünf eng beieinander liegenden Quarks oder um eine Art lockeres Gebilde aus drei und zwei eng beieinander liegenden Quarks.<ref name="LHCbarXiv" /><ref name="LHCbpublicpage" /><ref>{{Internetquelle |autor=Ian Sample |url=https://www.theguardian.com/science/2015/jul/14/large-hadron-collider-scientists-discover-new-particles-pentaquarks |titel=Large Hadron Collider scientists discover new particles: pentaquarks |hrsg=The Guardian |datum=2015-07-14 |abruf=2015-07-14 |sprache=en}}</ref><ref>[http://press.cern/press-releases/2015/07/cerns-lhcb-experiment-reports-observation-exotic-pentaquark-particles CERN’s LHCb experiment reports observation of exotic pentaquark particles, CERN 14. Juli 2015]</ref>
 
Im März 2019 wurde die Entdeckung weiterer Pentaquarks am LHCb bekannt gegeben. Das neu entdeckte P<sub>c</sub>(4312)<sup>+</sup> zerfällt demnach in ein [[J/ψ-Meson|J/ψ]] und ein Proton. Die gemessenen Daten des ursprünglich entdeckten P<sub>c</sub>(4450)<sup>+</sup> werden nunmehr als Überlagerung zweier einzelnen Pentaquarks, P<sub>c</sub>(4440)<sup>+</sup> und P<sub>c</sub>(4457)<sup>+</sup> betrachtet.<ref>[https://lhcb-public.web.cern.ch/Welcome.html#Pentaq LHCb: Observation of new pentaquarks, 26. März 2019]</ref>


== Siehe auch ==
== Siehe auch ==
* [[Tetraquark]]
* [[Tetraquark]]


== Weblinks ==
== Weblinks ==
* [http://home.web.cern.ch/about/updates/2015/07/discovery-new-class-particles-lhc home.web.cern.ch]
* [http://home.web.cern.ch/about/updates/2015/07/discovery-new-class-particles-lhc home.web.cern.ch]
* [http://www.wissenschaft.de/wissen/news/252681.html Existenzangst beim Pentaquark] auf wissenschaft.de, 2005
* [https://www.wissenschaft.de/technik-digitales/existenzangst-beim-pentaquark/ Existenzangst beim Pentaquark] auf wissenschaft.de, 2005
* [https://www.heise.de/newsticker/meldung/CERN-Forscher-weisen-Pentaquark-Zustaende-nach-2750263.html CERN-Forscher-weisen-Pentaquark-Zustaende-nach], heise.de
* [https://www.heise.de/newsticker/meldung/CERN-Forscher-weisen-Pentaquark-Zustaende-nach-2750263.html CERN-Forscher-weisen-Pentaquark-Zustaende-nach], heise.de
* Danilov, Mizuk : „Experimental Review on Pentaquarks“, Juli 2007 {{arxiv|0704.3531}}  
* Danilov, Mizuk: „Experimental Review on Pentaquarks“, Juli 2007 {{arXiv|0704.3531}}
* Kandice Carter : [http://www.symmetrymagazine.org/cms/?pid=1000377 „The rise and fall of the pentquark“], Symmetry Magazine, September 2006
* Kandice Carter: [http://www.symmetrymagazine.org/cms/?pid=1000377 „The rise and fall of the pentquark“], Symmetry Magazine, September 2006


== Einzelnachweise ==
== Einzelnachweise ==
<references>
<references>
<ref name="LHCbpublicpage">{{Internetquelle|url=http://lhcb-public.web.cern.ch/lhcb-public/Welcome.html#Penta|datum=2015-07-14|zugriff=2015-07-14|sprache=en|titel=Observation of particles composed of five quarks, pentaquark-charmonium states, seen in <math>\Lambda_b^0 \to J/\psi p K^-</math> decays.}}</ref><ref name="LHCbarXiv">{{Literatur|arxiv=1507.03414|Titel=Observation of J/ψp resonances consistent with pentaquark states in <math>\Lambda_b^0 \to J/\psi K^- p</math> decays|Jahr=2015-07-13|Sprache=en|Sammelwerk=Phys. Rev. Lett.| Band= 115 |Seiten= 072001}}</ref>
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</references>
</references>


[[Kategorie:Baryon]]
[[Kategorie:Baryon]]

Aktuelle Version vom 5. September 2021, 14:15 Uhr

Die fünf beteiligten Quarks des 2015 entdeckten Pentaquarks (uudcc). Die Farbladungen sind willkürlich gewählt.

Pentaquarks (von {{Modul:Vorlage:lang}} Modul:ISO15924:97: attempt to index field 'wikibase' (a nil value) „fünf“), ein Begriff der Teilchenphysik, sind exotische Hadronen aus fünf Quarks und mit einer Baryonenzahl von +1 bzw. -1.

Allgemeines

Pentaquarks werden, wie alle aus Quarks aufgebauten Gebilde, von der starken Kernkraft zusammengehalten. Wie alle Hadronen sind sie farbneutral. Sie setzen sich zusammen aus vier Quarks und einem Antiquark (Baryonenzahl insgesamt +1) oder vier Antiquarks und einem Quark (Baryonenzahl insgesamt -1). Außerdem ist ihr Spin halbzahlig, daher sind sie Fermionen.

In ihren physikalischen Eigenschaften sind Pentaquarks anderen Baryonen wie dem Proton und Neutron ähnlicher als den Mesonen, die ebenfalls sowohl Quarks als auch Antiquarks enthalten, aber Bosonen sind.

Vorhersage der Existenz

Die Existenz von Teilchen mit fünf Quarks war bereits 1964 von Murray Gell-Mann vorhergesagt worden.[1] 1987 wurden sie von Harry J. Lipkin „Pentaquarks“ genannt.[2] 1997 machten Dmitri Diakonov, V. A. Petrov und Maxim Polyakov eine – von anderen Teilchenphysikern skeptisch aufgenommene – konkrete Vorhersage[3] eines Teilchens mit einer ungewöhnlich hohen Lebensdauer, die zu einer sehr kleinen und daher deutlich zu beobachtenden totalen Zerfallsbreite von lediglich 30 MeV führen würde. Die Masse sollte 1530 MeV betragen.

Unter Anwendung von Gittereichtheorien der Quantenchromodynamik sind mithilfe von Computersimulationen weitere Vorhersagen über Eigenschaften der Pentaquarks versucht worden. Allerdings sind diese theoretischen Ansätze noch nicht sehr fortgeschritten, und verschiedene Forschungsgruppen kamen zu widersprüchlichen Ergebnissen.

Unsichere Meldungen über die Entdeckung

Die erste experimentelle Beobachtung des Θ+ wurde im Juli 2003 von Takashi Nakano von der Universität Osaka (Japan) gemeldet und von Ken Hicks am Jefferson Laboratory, Virginia, USA, bestätigt. Diese überraschende Entdeckung führte zu einer Welle von Untersuchungen bereits existierender Daten nach Anzeichen für das Pentaquark. Innerhalb von wenigen Monaten meldeten etwa ein Dutzend verschiedene Gruppen, ebenfalls Evidenz für das Θ+ entdeckt zu haben. Einige Gruppen behaupteten sogar, weitere Pentaquarks nachweisen zu können.

Allerdings tauchten auch Zweifel sowohl theoretischer als auch experimenteller Natur an den Ergebnissen auf. Etwa ein Dutzend andere experimentelle Gruppen haben keinerlei Hinweise auf die Existenz des Θ+ gefunden. Außerdem fanden die Experimente unterschiedliche Massen, die teilweise nicht miteinander kompatibel waren. Besonders überraschend war die geringe Zerfallsbreite, die noch deutlich unter dem vorhergesagten Wert von Diakonov, Petrov und Polyakov lag. Das Pentaquark würde damit über 100 Mal länger leben als andere Teilchen mit vergleichbarer Masse.

Die CLAS Collaboration am Jefferson Laboratory in Newport News, Virginia, USA, unter der Leitung von Raffaella de Vita hat schließlich ein gezieltes Experiment zur Untersuchung der Pentaquark-Hypothese unternommen. In dieser bis dahin umfassendsten Untersuchung ergaben sich keinerlei Hinweise auf die Existenz von Pentaquarks. Infolgedessen gehen diese Wissenschaftler davon aus, dass die bisherigen Nachweise von Pentaquarks auf falsch interpretierten Daten beruhen. Diese Arbeit ist in der April-Ausgabe 2005 der Zeitschrift Nature zu finden.[4] Auch die Particle Data Group kommt 2006 und zuletzt 2008[5] zu der Schlussfolgerung, dass die ersten Meldungen einer Entdeckung 2003/2004 (damals durch mindestens 9 Gruppen in der Nachfolge der Erstentdecker) durch die Mehrzahl der nachfolgenden Experimente, die eine erheblich höhere Statistik aufwiesen, widerlegt waren.

2007 fanden Wissenschaftler der Kollaboration GRAAL beim Beschuss eines Nukleons mit Photonen Hinweise auf einen sehr schmalen Zustand (eine Baryonenresonanz) mit einer relativ hohen Lebensdauer (etwa zehnmal höher als typische Baryonenresonanzen). Er wurde N*(1685) (N-Star) getauft. Die Eigenschaften (Masse, Zerfallsbreite) decken sich mit den theoretischen Vorhersagen für ein Mitglied mit nicht-exotischen Quantenzahlen des minimal möglichen Dekupletts, das das hypothetische Pentaquark umfasst – Voraussagen, die Maxim Polyakov und andere bereits 2004 trafen.[6] Das Experiment, bei dem das N* entdeckt wurde, wurde durch Wissenschaftler am ELSA in Bonn bestätigt.[7]

2013 gab die DIANA-Kollaboration in Moskau bekannt, dass sie Pentaquarks beobachtet habe.[8]

Die Entdeckung

Feynman-Diagramm des Zerfalls des Lambda-b-Baryon in Kaon und Pentaquark

Am 13. Juli 2015 berichteten Forscher am LHCb-Detektor des Large Hadron Collider von CERN in Genf von der Entdeckung zweier Pentaquarks-Charmonium-Zustände (Pentaquarks mit Beteiligung von Charm- und Anti-Charm-Quarks) beim Zerfall des Lambda-b-Baryons $ \Lambda _{b}^{0}\ $ in das Kaon $ \mathrm {K} ^{-} $ und das Pentaquark (uudcc).[9] Die beiden Beobachtungen wiesen jeweils eine Statistische Signifikanz von mehr als 9 σ auf, welche die in der Teilchenphysik übliche Schwelle von 5 σ für eine Entdeckung deutlich übersteigen.

Die beiden beobachteten Pentaquark-Charmonium-Zustände Pc(4380)+ und Pc(4450)+ bestehen aus zwei Up-Quarks, einem Down-Quark, einem Charm-Quark und einem Anti-Charm-Quark. Der genaue Bindungsmechanismus der fünf Quarks ist noch unklar: entweder handelt es sich um ein festes Gebilde aus fünf eng beieinander liegenden Quarks oder um eine Art lockeres Gebilde aus drei und zwei eng beieinander liegenden Quarks.[9][1][10][11]

Im März 2019 wurde die Entdeckung weiterer Pentaquarks am LHCb bekannt gegeben. Das neu entdeckte Pc(4312)+ zerfällt demnach in ein J/ψ und ein Proton. Die gemessenen Daten des ursprünglich entdeckten Pc(4450)+ werden nunmehr als Überlagerung zweier einzelnen Pentaquarks, Pc(4440)+ und Pc(4457)+ betrachtet.[12]

Siehe auch

Weblinks

Einzelnachweise

  1. 1,0 1,1 Observation of particles composed of five quarks, pentaquark-charmonium states, seen in $ \Lambda _{b}^{0}\to J/\psi pK^{-} $ decays. 14. Juli 2015, abgerufen am 14. Juli 2015 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 149: attempt to index field 'data' (a nil value)).
  2. arxiv:hep-ph/9703373
  3. Mark Peplow: Doubt is cast on pentaquarks. In: news@nature. 2005, S. , doi:10.1038/news050418-1.
  4. Update der PDG zu Pentaquarks 2008 (PDF)
  5. Polyakov und andere, Preprint 2004, arxiv:nucl-th/0312126; unabhängig davon Diakonov und andere 2004.
  6. V. Kuznetsov, M. V. Polyakov: New narrow nucleon N*(1685). In: JETP Letters. Springer, 2008. arxiv:0807.3217
  7. 9,0 9,1
  8. Ian Sample: Large Hadron Collider scientists discover new particles: pentaquarks. The Guardian, 14. Juli 2015, abgerufen am 14. Juli 2015 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 149: attempt to index field 'data' (a nil value)).
  9. CERN’s LHCb experiment reports observation of exotic pentaquark particles, CERN 14. Juli 2015
  10. LHCb: Observation of new pentaquarks, 26. März 2019

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