Quarks sind die kleinsten Bausteine der Materie, und sie finden sich paarweise oder im Terzett zusammen, um z.B. Pionen, Protonen und Neutronen zu bauen – die sogenannten Hadronen. Hat aber ein Experiment im Jahr 2008 eine neue Gattung von Hadronen aus vier Quarks gefunden?
Quarks finden sich aus einem Grund zu zwei oder drei zusammen – ihre Ladung. Diese nennt man Farbladung, das hat aber natürlich nichts mit unserer Farbvorstellung zu tun. Es ist aber ein nettes Vehikel, um diese Ladung der Starken Wechselwirkung von der elektrischen Ladung zu trennen. Außerdem gibt es drei verschiedene Farbladungen, z.B. rot, gelbgrün, blau, die zusammen weiß ergeben. Die Antimaterie-Partner der Quarks haben entsprechend Anti-Farben. Jetzt ist die Regel: Quarks können nicht frei sein, sondern müssen sich zu farbneutralen Teilchen zusammenfinden. Die Möglichkeiten sind jetzt klar: rot plus anti-rot ergibt weiß – oder eben drei Farben zusammen. Daraus ergeben sich die Klassen von Hadronen (= Teilchen aus Quarks): Mesonen (Quark-Antiquark-Paar) und Baryonen (drei Quarks oder drei Antiquarks). Aber theoretisch könnte man sich noch weitere Kombinationen vorstellen: Schließlich wären ja auch zwei Quark-Antiquark-Paare neutral. Aber beobachtet hat man sie bisher nicht, und die QCD haben wir nicht gut genug im Griff um sie definitiv vorherzusagen.
Bei BELLE in Japan betreibt man B-Physik. Hier schießt man Elektron auf Positron und versucht, Teilchen mit Bottom-Quarks zu erzeugen. In 2008 hat man besondere Mesonen untersucht aus bottom und anti-bottom, die man Bottonium nennt. Dieser besondere Name wird deswegen vergeben, weil diese Verbindung wie bottom als Elektron und anti-bottom als Proton einem Wasserstoffatom ähnelt. Diese Teilchen bekommen den Buchstaben Y und in Klammern die Masse. Denn in angeregten Zuständen, ähnlich wie in einem Atom, ist ihre Energie und somit Masse höher.
Bei BELLE hat man solche hochangeregten Zustände Y(5S) untersucht, aber festgestellt dass sie viel häufiger zerfallen, als man erwartet hat. Ein neues Paper schlägt nun vor, vielleicht hat man ja stattdessen Tetraquarks erzeugt?
In den Physical Review Letters untersuchen Ahmed Ali, Christian Hambrock und Jamil Aslam die Idee, dass ein gebundener Zustand aus vier Quarks aufgetreten ist, eben ein Tetraquark, von ähnlicher Masse. Es bestünde dann nicht nur aus bottom und anti-bottom, sondern auch noch aus einem up-anti-up-Paar. Die Forscher stellen fest: Solch ein Tetraquark würde wohl öfter zerfallen, z.B. in einen Y(2S)-Zustand oder Pionen. Das wäre also eine gute Lösung für das Problem der zu häufigen Zerfälle. Es sollte sogar, eine Mischung aus zwei Tetraquarks mit sehr ähnlicher Masse sein. Mit zusätzlichen Messungen wollen die Experimentatoren bei BELLE diese Hypothese nun überprüfen. Schließlich würde das Studium solcher Tetraquarks uns neue Informationen über die QCD liefern. Es wäre interessant zu erfahren, wie ein solches System zusammenhält.
Ali, A., Hambrock, C., & Aslam, M. J. (2010). Tetraquark Interpretation of the BELLE Data on the Anomalous Υ(1S)π^{+}π^{-} and Υ(2S)π^{+}π^{-} Production near the Υ(5S) Resonance Physical Review Letters, 104 (16) DOI: 10.1103/PhysRevLett.104.162001
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