Techniklexikon

Charmonium

^[n], System von Bindungszuständen aus einem Charm-Quark und einem Anti-Charm-Quark  (analog zu Positronium und Bottomonium; die Spinkopplungsstruktur ist bei allen drei Systemen gleich, Quarkonium). Solche Zustände treten im Wirkungsquerschnitt der Elektron-Positron-Vernichtung als Resonanzen oberhalb der Energie von 3 GeV auf. Als erstes dieser -Teilchen wurde 1974 in zwei unabhängigen Experimenten das J/y entdeckt. Am Brookhaven National Laboratory beschossen S. Ting und seine Mitarbeiter Beryllium mit hochenergetischen Protonen. Die Reaktionen mit einem Elektron-Positron(e ⁺ e ^- )-Paar im Endzustand zeigten eine deutliches Maximum des e ⁺ e ^- -Wirkungsquerschnitts bei der invarianten Masse , was auf eine entsprechende Resonanz hindeutete, die von Ting mit dem Buchstaben J benannt wurde. Zeitgleich konnte die Gruppe um B. Richter am Elektron-Positron-Speicherring in Stanford/USA die von ihnen y genannte Resonanz in mehreren e ⁺ e ^- -Prozessen nachweisen. Ting und Richter erhielten für ihre Experimente 1976 den Nobelpreis. Die Gruppe in Stanford fand auch kurz darauf einen weiteren Charmonium-Zustand, das y¢-Teilchen mit einer Masse von 3686 MeV. J/y(3100) und y¢ bilden den Grundzustand bzw. die erste radiale Anregung des Orthocharmoniums, bei dem die beiden Quark-Spins parallel stehen und sich zum Gesamtspin s = 1 addieren. Beim Zerfall des y¢ entstehen weitere -Zustände. Die beiden Teilchen h_c(2980) und h¢_c(3592) mit antiparallelen Quarkspins (Paracharmonium) konnten 1979 bzw. 1981 mit dem Crystal-Ball-Detektor zweifelsfrei nachgewiesen werden.

Charmonium 1: Energieniveaus des Charmonium (). Die Zahlen geben die Massen in MeV an.

Charmonium 2: Ergebnisse der Messungen von Augustin et al. am Speicherring SPEAR des SLAC (1974), die die J/y-Resonanz bei einer Masse von 3,1 GeV zeigen.