Erste Beobachtung zweier neuer angeregter Zustände des Lambda-b-Beauty-Teilchens

In schöner Übereinstimmung mit dem Standard-modell wurden von der LHCb-Collaboration kürzlich zwei neue angeregte Zustände des Λ_b (Lambda b) Beauty-Teilchens beobachtet. Wie Protonen und Neutronen besteht auch das Λ_b aus drei Quarks. Im Fall des Λ_b sind es ein Up-, ein Down- und ein Beauty-Quark.

Obwohl die Entdeckung neuer Teilchen zunehmend wie eine Routineübung für die LHC- Experimente aussieht, ist es weit davon entfernt, eine gewöhnliche Leistung zu sein, insbesondere wenn die Masse der Teilchen hoch ist. Die neuen angeregten Zustände des Λ_b wurden in den hochenergetischen Proton-Proton-Kollisionen geschaffen, welche vom LHC erzeugt werden und besitzen eine Masse von 5.912 MeV/c², beziehungsweise 5.920 MeV/c². Mit anderen Worten, sie sind über fünfmal schwerer als das Proton oder das Neutron.

Physiker geben eine Entdeckung erst bekannt, wenn das relevante Signal in den Daten deutlich zu sehen ist. Um das zu erreichen, müssen sie oft große Datenmengen analysieren. Um ihr schönes Ergebnis zu bekommen, hat die LHCb-Collaboration die Informationen aus 60 Millionen Millionen (6 * 10¹³) Proton-Proton-Kollisionen analysiert, die während der Datennahme 2011 gesammelt wurden. Vor allem weil die angeregten Zustände vor dem Zerfall nur eine sehr kurze Zeit überleben, untersuchten Physiker die Zerfallsprodukte sorgfältig und verfolgten den ganzen Prozess zurück zu dessen Scheitelpunkt. Die Wissenschaftler brauchten mehrere Monate, um die Analyse abzuschließen, aber am 16. Mai 2012 waren sie in der Lage, die Entdeckung mit hoher statistischer Signifikanz zu präsentieren, genauer gesagt 4,9 σ für den ersten angeregten Zustand und 10,1 σ für den zweiten. (Anm. d. Red.: Als σ (Sigma) bezeichnen Physiker die statistische Wahr- scheinlichkeit dafür, dass es sich um eine Entdeckung handelt und nicht um eine zufällige Fluktuation. Bei Werten um 5 σ und darüber spricht man von einer Entdeckung, bei wesentlich kleineren Werten sind es nur Hinweise auf ein neues Teilchen oder einen neuen Zustand.)

Obwohl man sie vorher noch nicht beobachtet hat, wurden die angeregten Zustände des Λ_b-Teilchens vom Standardmodell vorhergesagt, der Theorie, die uns sagt, wie Quarks zusammenfinden, um Teilchen und Materie zu bilden. Das LHCb-Ergebnis ist deshalb eine neue Bestätigung für den Erfolg der Theorie selbst.

Angeregte Materiezustände

Materie kann in verschiedenen Energiezuständen gebildet werden. Der stabilste Zustand – der, der am längsten überlebt, bevor er zerfällt – ist der so genannte Grundzustand, in dem Teilchen die kleinstmögliche Energie besitzen. Zustände mit höherer Energie werden als angeregte Zustände bezeichnet. Sie kommen trotzdem in natürlicher Weise vor, aber sie sind instabil. Je höher die Entstehungsenergie (das heißt, die Masse), desto instabiler sind sie.

Quelle: http://cdsweb.cern.ch/journal/CERNBulletin/2012/20/News%20Articles/1449100

(THK)