Das BESIII-Experiment

Das BESIII-Experiment (BEijing Spectrometer) ist ein internes Experiment am Beschleunigerkomplex BEPC-II (Beijing Electron Positron Collider) des Instituts für Hochenergiephysik (IHEP) in Peking. Dort werden Elektronen und Positronen in zwei getrennten Speicherringen beschleunigt und bei Schwerpunktsenergien zwischen 1,84 und 5,6 GeV zur Kollision gebracht.

Rund um den Kollisionspunkt befindet sich das BESIII-Spektrometer. Endzustandsteilchen werden in diesem schalenförmig um den Wechselwirkungspunkt errichteten Detektor, bestehend aus Drahtkammer, Flugzeitdetektor, elektromagnetischem Kalorimeter und Myon-Detektor, nachgewiesen.

Eines der vorrangigen Ziele des BESIII-Experiments ist die Untersuchung des Charmonium Spektrums. Als Charmonium werden Mesonen (also qq̅ Paare) bezeichnet, die sich aus einem charm anti-charm Quarkpaar (cc̅ ) zusammensetzen. Ein prominentes Beispiel für ein solches Charmonium ist das J^PC=1^-- J/ψ, dessen Entdeckung im Jahr 1974 gleichzeitig die Entdeckung des charm-Quarks markierte. Seit dieser Entdeckung wurden zahlreiche weitere Zustände entdeckt und erfolgreich im Spektrum der Charmonia eingeordnet.

Neben den zuvor erwähnten Mesonen (qq̅ ) und den Baryonen (qqq) erlaubt die starke Wechselwirkung auch exotische Systeme aus vier Quarks (sog. Tetraquarks oder Moleküle), fünf Quarks (sog. Pentaquarks), aus Quarks und Gluonen (sog. Hybride) und die rein aus Gluonen bestehenden Glueballs.

Im Laufe der Jahre wurden deutlich mehr neue Zustände entdeckt als für das konventionelle Charmonium (also cc̅ ) Spektrum vorhergesagt. Viele dieser Zustände lassen sich aufgrund ihrer Eigenschaften nicht als gewöhnliche Charmonia erklären, was auf exotische Zusammensetzungen hindeutet. Das BESIII-Experiment ist eines der führenden Experimente bei der Suche nach
solch exotischen Zuständen und dem Versuch diese zu klassifizieren. Dieses Vorhaben beschränkt sich dabei nicht nur auf den Charmonium-Sektor, sondern beschäftigt sich ebenfalls intensiv mit der Untersuchung exotischer Zustände in niedrigeren Massenbereichen.
Hier siedelt sich auch einer der Forschungsschwerpunkte unserer Arbeitsgruppe an. Mittels Partialwellen-Analysen untersuchen wir Zerfälle der Charmonia η_c und ψ(2S) in leichte Mesonen, bestehend aus u, d und s Quarks. In den untersuchten Zerfällen können Kandidaten für exotische Teilchen, wie etwa der potenzielle Hybrid-Zustand π₁(1600) oder die Glueball-Kanditaten f₀(1370), f₀(1500) und f₀(1710) als Zwischenzustände produziert werden. Die durchgeführten Analysen dienen sowohl der Identifizierung solcher exotischer Teilchen als auch der präzisen Vermessung von η_c und ψ(2S) Eigenschaften.