Wissenschaftler der CDF Collaboration am Fermi National Accelerator Laboratory des US-Energieministeriums haben die Beobachtung eines neuen Teilchens, des neutralen Xi-sub-b, bekanntgegeben. Dieses Teilchen (Ξb0) enthält drei Quarks: ein Strange-Quark, ein Up-Quark und ein Bottom-Quark (s-u-b). Während seine Existenz vom Standardmodell vorhergesagt wurde, ist die Beobachtung des neutralen Xi-sub-b entscheidend, weil sie unser Verständnis darüber erweitert, wie Quarks Materie bilden. Der Fermilab Physiker Pat Lukens, ein Mitglied der CDF Collaboration, präsentierte die Entdeckung am Mittwoch (20. Juli 2011) am Fermilab.
Das neutrale Xi-sub-b ist der neuste Eintrag in der Periodentabelle der Baryonen. Baryonen sind Teilchen, die aus drei Quarks bestehen, die häufigsten Beispiele sind das Proton (zwei Up-Quarks und ein Down-Quark) und das Neutron (zwei Down-Quarks und ein Up-Quark). Das neutrale Xi-sub-b gehört zu der Familie der Bottom-Baryonen, die etwa sechsmal schwerer als das Proton und Neutron sind, weil sie alle ein schweres Bottom-Quark enthalten. Die Teilchen werden ausschließlich in Hochenergiekollisionen erzeugt, sind selten und sehr schwer zu beobachten.
Obwohl der Tevatron Teilchenbeschleuniger des Fermilabs keine geeignete Bottom-Quark-Fabrik ist, haben hochentwickelte Teilchendetektoren und Billionen von Proton-Antiproton-Kollisionen ihn zu einer Oase der Entdeckung und Untersuchung fast aller bekannten Bottom-Baryonen gemacht. Experimente am Tevatron entdeckten 2006 die Sigma-sub-b Baryonen (Σb und Σb*), beobachteten 2007 das Xi-b-minus Baryon (Ξb–) und fanden 2009 das Omega-sub-b (Ωb–). Das leichteste Bottom-Baryon, das Lambda-sub-b (Λb, wurde am CERN entdeckt. Die Messung der Eigenschaften all dieser Teilchen erlaubt Wissenschaftlern Modelle zu testen und zu verbessern, wie Quarks bei geringen Entfernungen über die starke Kernkraft interagieren, so wie es von der Quantenchromodynamik (QCD) erklärt wird. Wissenschaftler am Fermilab und anderen nationalen Laboratorien des Energieministeriums verwenden leistungsstarke Computer, um die Quark-Interaktionen zu simulieren und die Eigenschaften von Teilchen zu verstehen, welche aus Quarks bestehen.
Nachdem es produziert wurde, reist das neutrale Xi-sub-b den Bruchteil eines Millimeters, bevor es in leichtere Partikel zerfällt. Diese Teilchen zerfallen dann ihrerseits zu noch leichteren Partikeln. Physiker stützen sich auf Details dieser Zerfallsserien, um das ursprüngliche Teilchen zu identifizieren. Die komplexen Zerfallsmuster des neutralen Xi-sub-b haben die Beobachtung dieses Teilchens deutlich herausfordernder gemacht als die seines geladenen Bruders (Ξb–). Durch die Kombination von fast 500 Billionen Proton-Antiproton Kollisionen am Tevatron Teilchenbeschleuniger isolierte die CDF Collaboration 25 Beispiele, in denen die entstandenen Teilchen die einzigartige Signatur des neutralen Xi-sub-b offenbarten. Die Analyse ermittelte die Entdeckung auf dem Level 7 Sigma. Wissenschaftler sehen 5 Sigma als den Schwellenwert für Entdeckungen an.
Die CDF Collaboration beobachtete auch erneut die bereits bekannte geladene Version des neutralen Xi-sub-b in einem niemals zuvor gesehenen Zerfall, der als unabhängige Gegenprüfung der Analyse fungierte. Die kürzlich analysierten Daten bieten Möglichkeiten für weitere Entdeckungen.
Die Forscher der CDF Collaboration schickte eine Abhandlung mit einer Zusammenfassung der Einzelheiten ihrer Xi-sub-b Entdeckung an das Journal Physical Review Letters. Sie wird ab dem 20. Juli 2011 auf dem arXiv Preprint Server zur Verfügung stehen.
CDF ist ein internationales Experiment, an dem 500 Physiker von 58 Forschungseinrichtungen in 15 Ländern beteiligt sind. Es wird vom US-Energieministerium, der National Science Foundation und einigen internationalen Stiftungen unterstützt.
Fermilab ist ein nationales Laboratorium, dass vom Office of Science des US-Energieministeriums gegründet wurde.
Quelle: http://www.fnal.gov/pub/presspass/press_releases/2011/CDF-Xi-sub-b-observation-20110720.html
(THK)
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