Mögliches Tetraquark entdeckt

Protonen und Neutronen sind stabile Teilchen, die aus jeweils drei Quarks aufgebaut sind. Daneben gibt es auch einige instabile Teilchenvarianten, die bereits nach Bruchteilen einer Sekunde wieder zerfallen und aus vier, fünf oder sechs Quarks bestehen. Die internationale Forscherkollaboration des BES-III-Experiments am Elektron-Positron-Beschleuniger BEPC-II in Peking hat ein weiteres dieser exotischen Teilchen entdeckt. Es wird Zc(3900) genannt und besitzt in etwa die Masse eines Heliumkerns. Die Entdeckung wurde zur Veröffentlichung in der Zeitschrift Physical Review Letters eingereicht.

BES-III-Detektor

Die Wissenschaftler hatten im Dezember 2012 mit der Untersuchung des bisher wenig verstandenen Teilchens Y(4260) begonnen. Dabei stellten sie fest, dass es in ein unbekanntes Teilchen zerfiel: Zc(3900). Besonders interessant ist die Zusammensetzung von Y(4260) und Zc(3900). Zunächst vermutete man, dass es sich um Psi-Teilchen handelt, die aus einem Charm- und einem Anti-Charm-Quark zusammengesetzt sind. Sie würden damit zu den Mesonen gehören, also Teilchen, die aus Quark und Anti-Quark bestehen und somit elektrisch neutral sind.

Zc(3900) ist jedoch elektrisch geladen und daher ein Kandidat für eine neue Klasse von Teilchen. Achim Denig vom Institut für Kernphysik der Universität Mainz erklärt: „Dadurch ist eindeutig bewiesen, dass es sich um einen gebundenen Zustand handeln muss, der nicht ausschließlich aus Charm- und Anti-Charm-Quarks besteht. Dies ist bei Y(4260) weniger eindeutig, da es elektrisch neutral ist.“ Die Forscher vermuten, dass Zc(3900) einen 4-Quark-Zustand darstellt, ein solches Teilchen heißt auch Tetraquark. Damit könnte das Ursprungsteilchen Y(4260) ebenfalls ein Tetraquark sein.

Wissenschaftler nehmen an, dass die Tetraquarks dieser Gruppe aus einem Charm- und einem Anti-Charm-Quark bestehen und darüber hinaus noch ein weiteres Quark und ein weiteres Anti-Quark besitzen. Sind die zusätzlichen Quarks gleicher Art, so ist das Teilchen elektrisch neutral. Sind sie aber unterschiedlicher Art, so kann es auch elektrisch geladen sein.

Die Forscher am BEPC-II beobachteten über 300 Ereignisse, die sie als Auftreten des Zc(3900) identifizierten. Damit erreichten sie eine Signifikanz von acht Sigma. Je höher dieser Wert liegt, desto unwahrscheinlicher ist es, dass es sich nur um eine statistische Schwankung in den Daten handelt, für eine Entdeckung genügen fünf Sigma.