Suche nach Charmonia und exotischen Zuständen

Seit den Anfängen des Quarkmodells in den 1960er Jahren ist es eine offene Frage, ob neben gewöhnlichen Baryonen (\(qqq\)) und Mesonen \((q\bar{q})\) noch andere Formen hadronischer Materie existieren.
Insbesondere der Nachweis einer Vielzahl von charmoniumartigen Strukturen (\(X\), \(Y\), \(Z\)-Zustände) hat zu Spekulationen geführt, ob es sich nicht zumindest bei einigen dieser Strukturen um genuin exotische Formen hadronischer Materie handelt; wie etwa Tetraquarks, Hybride oder Meson-Meson-Moleküle. Hierbei zeigen die \(X\), \(Y\), \(Z\)-Zustände eine Reihe von ungewöhnlichen Eigenschaften.
So sind mittlerweile mehr charmoniumartige Zustände bekannt, als nach einem naiven \(c\bar{c}\)-Potentialmodell erwartet werden. Einige der Zustände (z.B. \(X(3872)\)) sind ungewöhnlich schmal, obwohl sich diese oberhalb der Open-Charm-Schwelle befinden.

Die \(Y\)-Zustände wiederum lassen sich als Vektorteilchen (\(J^{PC}=1^{--}\)) direkt in \(e^{+}e^{-}\) Reaktionen produzieren und scheinen aufgrund ihres Zerfalls in \(\pi^{+}\pi^{-}J/\psi\) einen erheblichen \(c\bar{c}\)-Anteil in ihrer Wellenfunktion zu besitzen. Dennoch zeigen die \(Y\)-Zustände nur eine schwache Kopplung an Open-Charm-Zustände (\(c\bar{c} \to (c \bar{q})(\bar{c}q)\)). Von besonderem Interesse sind auch die \(Z\)-Zustände. Sollte es sich bei diesen um echte Resonanzen handeln, schließt deren Ladung (\(Z^{\pm}_{c}\)) eine Identifikation als konventionelle Charmonia aus.

Eine kombinierte Analyse der Datensätze des BESIII-Experiments erlaubt es, nach Isospin-Singulett-Partnern des Isopin-Triplett-Zustands (\(Z^{+}_{c}\), \(Z^{0}_{c}\), \(Z^{-}_{c}\)) zu suchen, wie diese in einigen Tetraquarkmodellen erwartet werden. Darüber hinaus kann die Verfikation bzw Falsifikation bislang nicht beobachteter Zerfallsmodi bekannter \(X\), \(Y\), \(Z\)-Zustände zu einem besseren Verständnis deren innerer Struktur beitragen.