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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