Vortrag von Bernhard Roth Exotische Materie Vortrag von Bernhard Roth Ruhr-Universität Bochum 5.12.2006

Exotische Materie Hybride: Hybridmesonen? Aber auch Hybridfbaryonen

QCD Wirkung auf Quarks Trägerteilchen: Gluonen Farbladung Farbneutralität Besonderheit: Gluonen tragen selbst Ladung q q gelb rot rot gelb q q q q

QED vs. QCD Photonen: Keine elektromagnetische Ladung Gluonen: tragen Farbladung Starke WW keine WW

QED vs. QCD ~ ~ V 1/r V r - - + + q q Name elektromagnetische Kraft starke Kraft wirkt auf Elektrische Ladung Farbladung übertragende Teilchen Photon Gluon teilnehmende Teilchen Teilchen mit Ladung Quarks, Gluonen q + - q + - Selbst-WW -> Flux-Tube (Schlauch) V 1/r ~ V r ~ für r → ∞

QCD q 7

Exotische Materie Mit QCD verträgliche Konfigurationen Hybride: Hybridmesonen? Aber auch Hybridfbaryonen 8

Multiquarkzustände Hadronen aus mehr als 3 Quarks z.B. Pentaquarks Quarkmolekül (z. B. f0(980) – KK ?) q Mesonium

Hybridmesonen Mesonen Zusätzlicher angeregter gluonischer Freiheitsgrad höhere Masse veränderte Quantenzahl q Baryon (qqq) Hybrid (qqg) q

Gluonenbälle Gebilde aus „reiner Kernkraft“ ohne Quarks Zerfall ist „flavour-blind“ Zerfall nur über starke WW exotische Quantenzahlen möglich: Meson (qq) Glueball (gg)

Gluonenbälle 12

Spektrum Drehimpuls Parität C-Parität

Skalares Mesonnonetts Nonett noch nicht vollständig Suche nach fehlenden Teilchen Überbesetzung des skalaren Mesonnonetts Mischzustände mit skalaren Mesonen mit 1 -1 1 IZ -1 Isovektor Isoskalar 14

pp-Reaktionen Reaktion: pp → π0 π0 π0 pp → f0(1500) π0 (Crystal Barrel/LEAR) f0(1500) → 2 π, 4 π, ηη, ηη‘, KK f0(1500) → γγ M = (1507 ± 5) MeV/c2 Γ = (109 ± 7) MeV/c2 JPC = 0++ f0(1500) 1 2 3 n = 700000 m2(π1π3) m2(π1π2) 15

f0(1500) exotisch? Überzählig im Skalaren Mesonnonett Relativ schmal → lange Lebensdauer Passt nicht in Nonett: Zerfallskanäle mit u, d und s-Quarks Masse und Quantenzahlen vorhergesagt für Grundzustand des Glueballs 16

Exotisch? pp → f0(1500)… „Gluonenreicher“ Prozess beliebige Quantenzahlen e-e+- Prozess JP=1- keine Gluonen beteiligt Kopplung an Ladung keine Kopplung an Gluonen g g γ γ 17

Anti-Glueball Filter e-e+-Prozess kein f0(1500) 18

Suche nach Glueballs Systematische Suche bisher am CERN (LEAR) bis 2000 Geplante Fortsetzung: PANDA/FAIR in Darmstadt ab ca. 2013 FAIR/HESR 19

FAIR Facility for Antiproton and Ion Research SIS300 SIS100 HESR PANDA vorhandene GSI Institute Plasmaphysik Isotopen Strahlen Atomphysik 20

HESR Hohe Strahlintensität Hohe Ereignisrate dank festem Target Brillante Strahlqualität FAIR: Parallelbetrieb 1m 21

Quellen Prof. U. Wiedner: „How to study QCD? Or Physics with PANDA“, Vorlesung vom 7.1.2005 Prof. H. Koch: „Exotische Hadronen“, Kolloquium UNI Tübingen, 10.12.2003 F. E. Close: „Gluonenbälle – Gebilde aus reiner Kernkraft“, Spektrum der Wissenschaft, 1.1999 F. E. Close: „Glueballs and hybrids: new states of matter“, Contemporary Physics, 1997, volume 38,1 W.-M.Yao et al. (Particle Data Group), J. Phys. G 33, 1 (2006) http://www.gsi.de, Gesellschaft für Schwerionenforschung mbH, Darmstadt 22

GSI 23

Warum nicht früher? 100 Ereignisse 1000 Ereignisse 10 000 Ereignisse 24