Es ist ein dreifacher Leckerbissen. Die CMS Collaboration hat Daten der Teilchenkollisionen am Large Hadron Collider analysiert und nicht nur zwei, sondern drei J/ψ-Teilchen gefunden, die aus einer einzigen Kollision zwischen zwei Protonen hervorgingen. Diese Beobachtung ist eine Premiere in der Teilchenphysik und öffnet ein neues Fenster zur Untersuchung der Art und Weise, wie Quarks und Gluonen innerhalb des Protons verteilt sind.
Das J/ψ-Teilchen ist ein besonderes Teilchen. Es war das erste entdeckte Teilchen, das ein Charm-Quark enthielt, was Burton Richter und Samuel Ting den Physik-Nobelpreis einbrachte und dabei half, das Quark-Modell von zusammengesetzten Teilchen (sogenannte Hadronen) zu etablieren.
Experimente am LHC, darunter ATLAS, CMS und LHCb, haben bereits zuvor schon ein oder zwei J/ψ-Teilchen von einer einzigen Teilchenkollision beobachtet, aber nie zuvor haben sie die gleichzeitige Entstehung von drei J/ψ-Teilchen registriert – bis zur neuesten CMS-Analyse.
Der Trick? Die Analyse der großen Menge hochenergetischer Proton-Proton-Kollisionen, die vom CMS-Detektor während des zweiten LHC-Betriebslaufs registriert wurden, und die Suche nach der Umwandlung der J/ψ-Teilchen in ein Myonenpaar, den schwereren Cousins des Elektrons.
Im Rahmen dieser Analyse identifizierte das CMS-Team fünf einzelne Proton-Proton-Kollisionsereignisse, bei denen jeweils drei J/ψ-Teilchen gleichzeitig produziert wurden. Das Ergebnis hat eine statistische Signifikanz von mehr als fünf Standardabweichungen – das ist die Grenze für die Beobachtung eines Teilchens oder eines Prozesses in der Teilchenphysik.
Diese Ereignisse mit drei J/ψ-Teilchen sind sehr selten. Zum Vergleich: Ereignisse mit einem J/ψ-Teilchen und mit zwei J/ψ-Teilchen sind 3,7 Millionen beziehungsweise 1.800 Mal häufiger. “Aber sie sind die Erforschung wert”, sagte der CMS-Physiker Stefanos Leontsinis. “Eine größere Stichprobe von Ereignissen mit drei J/ψ-Teilchen, die der LHC in Zukunft sammeln können sollte, sollte uns erlauben, unsere Erkenntnisse der inneren Struktur von Protonen in kleinen Maßstäben zu verbessern.”
(THK)
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