Search for gluonic Hadrons at BES III
Final Report Abstract
Im Konstituenten-Quarkmodell der Hadronen werden Baryonen, wie das Proton, und Mesonen, wie das Pion, als Bindungszustände aus drei Quarks bzw. einem Quark-Antiquark-Paar aufgefasst. Die Quarks sind dabei durch die starke Wechselwirkung gebunden. Die Theorie der starken Wechselwirkung (Quantenchromodynamik) weist für diese Systeme viele offenen Fragen auf. Ein weitestgehend unverstandenes Phänomen ist das Confinement - der Einschluss von Quarks in Hadronen. Auch die Prozesse zur Hadronbindung sind nur unzureichend verstanden. Dabei ist es wichtig gerade diese zu verstehen. So entfällt beispielsweise für das Proton nur etwa 1% Prozent der Masse auf die konstituierenden Quarks. Der Rest der Masse wird durch die starke Wechselwirkung generiert. Durch die Quantenchromodynamik werden neben den konventionellen Hadronen ebenfalls Hadronen mit gluonischen Anregungen (Hybride) sowie rein gluonische Bindungszustände ohne konstituierende Quarks (Glueballs) vorhergesagt. Da diese Zustände eine manifestierende gluonische Komponente tragen, könnten diese Systeme weiteren Zugang zu den offenen Fragen der Quantenchromodynamik ermöglichen. Von experimenteller Seite gibt es neben einem Kandidaten für den Glueball-Grundzustand, dem f0 (1500), mit den im Zerfall nach φφ beobachteten drei Tensorzuständen f2 (2010), f2 (2300) und f2 (2340) einen Hinweis für den ersten angeregten Glueball-Zustand im Massebereich um 2300 MeV/c. Im Rahmen des Forschungsprojekts wurden die Produktion des φφ-Systems in Charmonium-Zerfällen am BESIII-Experiment in Peking studiert. Insbesondere radiative aber auch hadronische Charmonium-Zerfälle gelten als geeignete Quelle für die Produktion von Glueballs. Es wurde erstmals der Zerfall χ cJ → K + K − K + K − π + π − nachgewiesen. Mit der zur Verfügung stehenden Datenmenge konnte eine Produktion des φφ-Systems in diesem Zerfall nicht beobachtet werden. Weiterhin wurde die Resonanzstruktur des Zerfalls J/ψ → γφφ untersucht. Neben einem deutlichen ηc-Signal wird ein dominanter pseudoskalarer Beitrag beobachtet, der im Bereich der φφ-Massenschwelle ein Maximum annimmt. Auf Grund der großen Breite ist es schwierig diesen Beitrag mit dem relativ schmalen η(2225) zu assoziieren. Weiterhin wird ein tensorieller Beitrag im Zerfall beobachtet. Die angepasste Masse und Breite stehen dabei in Einklang mit dem f2 (2300). Die Beobachtung des f2 (2300) im radiativen J/ψ -Zerfall stützt die Interpretation dieses Zustands als Glueball. Nahe der φφ-Massenschwelle wird ein weiterer Beitrag mit einer Spin-Parität von 0 ++ oder 2 ++ identifiziert. Hier ist eine eindeutige Bestimmung der Spin-Parität mit der vorliegenden Datenmenge nicht möglich.
Publications
- "QCD Studies in the Charm Region", Frühjahrstagung Hadronen und Kerne, Münster, März 2011
Marc Pelizäus
- "Recent Results from BES III", GHP 2011, The 4th Workshop of the APS Topical Group on Hadronic Physics, Anaheim, California, USA, April 2011
Marc Pelizäus
- "Study of J/ψ → γφφ", BESIII Physics and Software Workshop, Peking, China, September 2011
Marc Pelizäus
- "Light Meson Spectroscopy in Charmonium Decays at BES III", Seminar des Instituts für Experimentalphysik I, Ruhr-Universität Bochum, Januar 2012
Marc Pelizäus
- "Prospects for Panda in Charm Physics", Charm 2012, Honolulu, Hawaii, USA, Mai 2012
Marc Pelizäus
