Kurzfassung
In der vorliegenden Doktorarbeit präsentiere ich unsere Analyse auf dem Gebiet der Bottom-Baryon Lichtkegeldistributionsamplituden (LCDAs) und der [b q][ b q]-Tetraquarks. Für erstere können wir die bereits bekannten LCDAs des Multiplets der Grundzustandsbaryonen
Λb auf die Gesamtheit aller bottombaryonischen Grundzustandsmultiplets unter Einbindung der Strange-Quark Massenbrechungseekte verallgemeinern. Die LCDAs sind unverzichtbare Eingangsgröÿen für die Berechnung der charackteristischen Eigenschaften der bottombaryonischen Zerfälle. Für die [b q][ b q]-Tetraquarks haben wir die Tetraquarkmassenspektren für alle Quarks q = u, d, s, c in einem hamiltonischen Konstituentenquarkmodell berechnent. Wir haben für Tetraquarks mit den Quantenzahlen JPC=1- - die elektronische Zerfallsbreite mit einer, für Tetraquarks, generalisierten Van Royen-Weisskopf Formel abgeschätzt, sowie die partielle, als auch die totale, hadronische Zweiteilchen-Zerfallsbreite berechnet. Mit diesen Kenngrößen führten wir eine Breit-Wigner Ausgleichungsrechnung, unter Einbeziehung der Tetraquark Beiträge, an das, von BaBar gemessene, RbRb-Massenspektrum durch. Das erhaltene χ2 ist gut. Die resultierenden Parameterabschätzungen sind zwar suggestiv, allerdings nicht eindeutig. Zur Beschreibung der e+e- → Yb→ϒ(nS)(π+π-,K+K-,ηπ0)Übergänge entwickelten wir ein Modell, in dem das Tetraquark Yb mit den Quantenzahlen 1- - beiträgt. Unser Modell berücksichtigt den Austausch leichter Tetraquark- und Meson-Zustände. Weiterhin benutzen wir dieses Modell für eine Ausgleichungsrechnung der Invarianten-Massen- und Helizitäts-Spektren der von Belle gemessenen dipionischen Endzustände und benutzen die Ergebnisse für eine Abschätzung der Spektren für den Prozess e+e- → Yb→ϒ(nS)(K+K-,ηπ0). Die gemessenen Spektren sind rätselhaft in Gestalt und Größenordnung und widersetzen sich einer Interpretation im Rahmen der bereits bekannten Bottomonium-Zustände und verlangen damit nach einer Interpretation durch exotische Zustände, wie beispielsweise Tetraquarks, oder einer radikalen Änderung des, sonst sehr erfolgreichen, QCD basierten Bottomonium-Modells. Unser Modell beschreibt die verfügbaren Daten hingegen sehr gut. Unsere Ausgleichungsrechnung für die Belle Daten ergab einen guten Wert von χ2/#Freiheitsgerade ≈ 1.5 und wies eine deutlich resonante Struktur mit Ursprung in den 0+ + Zuständen auf. Zusätzlich trägt der 2+ + Zustand f2(1270) bei dem Übergang Yb→ϒ(1S)π+π- bei. Unsere Vorhersagen der Spektren sind immanent- und desweiteren gut unterscheidbar von den erwarteten Spektren der bekannten ottomonia-Familie und stellen damit hervorragende Tests unserer Tetraquark-Interpretation zur Verfügung. Präzisere Daten der Super-B Fabriken am KEK und in Frascati, aber auch von einer in der ersten Hälfte des Jahres 2010 unternommenen Messung am Belle Experiment werden weitere wichtige Tests liefern. Sollte unsere Folgerung von den Experimenten bestätigt werden, wäre unser Modell die erste theoretische Arbeit, die Anlass zur Entdeckung der Tetraquarks mit verstecktem b b Quarkgehalt gegeben hat.
In my thesis I present our work on the bottom-baryon light-cone distribution amplitudes (LCDAs) and on the [b q][ b q]-tetraquarks. For the former we extended the known LCDAs for the ground state baryon Λb to the entire b-baryon ground state multiplets and included s-quark mass-breaking effects. The LCDAs form crucial input for the calculations of characteristic properties of b-baryon decays. In this context they can for example be used in the calculation of form factors for semileptonic flavor-changing neutral-current (FCNC) decays.For the [b q][ b q]-tetraquarks, we calculated the tetraquark mass spectrum for all quarks q=u,d,s,c in a constituent Hamiltonian quark model. We estimated the electronic width by introducing a generalized Van Royen-Weisskopf formula for the tetraquarks, and evaluated the partial hadronic two-body and total decay widths for the tetraquarks with quantum numbers JPC=1- -. With this input, we performed a Breit-Wigner fit, including the tetraquark contributions, to the inclusive Rb-spectrum measured by BaBar. The obtained χ2/d.o.f. of the BaBar Rb-scan data is fairly good. The resulting fits are suggestive of tetraquark states but not conclusive. We developed a model to describe the transitions e+e- → Yb→ϒ(nS)(π+π-,K+K-,ηπ0), in which Yb is a 1- - tetraquark state. The model includes the exchange of light tetraquark and meson states. We used this model to fit the invariant-mass and helicity spectra for the dipionic final state measured by Belle and used the results to estimate the spectra of the channels e+e- → Yb→ϒ(nS)(K+K-,ηπ0). The spectra are enigmatic in shape and magnitude and defy an interpretation in the framework of the standard bottomonia, requesting either an interpretation in terms of exotic states, such as tetraquarks, or a radical alteration of the, otherwise successful, QCD-based bottomonium-model. The tetraquark hypothesis describes the current data well. Our fits yield a good χ2/d.o.f ≈ 1.5 of the Belle data and show a clear resonant structure originating from the 0+ + states. Additionally the 2+ + state f2(1270) contributes to the transition Yb→ϒ(1S)π+π-. The predictions for the spectra are distinct from what is expected for the known bottomonia, thus providing specific tests for our tetraquark interpretation. More precise data from not only the Super-B factories at KEK and Frascati, but also from a recent run of the Belle experiment in the first half of 2010 will provide further stringent tests. If our predictions are confirmed by experiments our dynamical model will be the first theoretical work giving rise to the discovery of tetraquarks with a hidden b b content.