Physiker am Genfer Teilchenbeschleuniger LHC freuen sich über die Entdeckung eines neuen subatomaren Teilchens: Es trägt die Bezeichnung Xi_cc⁺⁺ und ging den Wissenschaftlern am LHCb-Detektor ins Netz, wie sie auf einer Konferenz in Venedig berichteten. Bei dem Neuling handelt es sich demnach um ein Mitglied der Baryonen-Teilchenfamilie, deren Mitglieder aus drei Quarks aufgebaut sind und zu denen auch das Proton und das Neutron gehören.

Die Gleichungen der Quantenchromodynamik, welche die Wechselwirkungen zwischen Quarks beschreiben, sagen dutzende Baryonen voraus. Viele von ihnen haben Physiker in den vergangenen Jahrzehnten an Teilchenbeschleunigern erzeugt. Alle paar Jahre kommen neue Familienmitglieder hinzu, die meist aber nur für wenige Sekundenbruchteile existieren. Daneben gibt es etliche noch nicht nachgewiesene Baryonen – ihre Existenz ist zwar sehr wahrscheinlich, aber beobachtet hat sie noch niemand.

Das galt bis vor Kurzem auch für Xi_cc⁺⁺. Physiker fahnden schon länger nach ihm, wiederholt gingen sie dabei verdächtigen Spuren nach. 2002 berichteten US-Physiker am Fermilab-Forschungszentrum sogar, das Teilchen aufgespürt zu haben. Damals passte die Masse aber nicht zu den Vorhersagen der Theoretiker, weshalb sich die Forscher nicht sicher waren, ob sie das Teilchen mit dem sperrigen Namen tatsächlich nachgewiesen hatten.

Der Large Hadron Collider (LHC) am Kernforschungszentrum CERN scheint diese Kontroverse nun ausgeräumt zu haben. Bei der Kollision annähernd lichtschneller Protonen seien 2016 gut 300 Xi_cc⁺⁺-Teilchen erzeugt worden, deren Masse genau zu den Vorhersagen passe, erläutern die Forscher. Bei dem Ergebnis vom Fermilab handelte es sich demnach nicht um das gesuchte Baryon. Am LHC blieben die Partikel nur einige hundert billiardstel Sekunden intakt und zerfielen anschließend in andere Teilchen. Die statistische Signifikanz der Entdeckung beträgt mehr als 7 Sigma, was einen Irrtum sehr unwahrscheinlich macht.

Xi_cc⁺⁺ ist ein recht exotisches Mitglied der Baryonen-Teilchenfamilie. In seinem Inneren finden sich neben einem Up-Quark auch zwei Charm-Quarks. In bisher nachgewiesenen Baryonen kommt diese schwere Quark-Variante höchstens einzeln vor. Die Forscher vermuten, dass die beiden Schwergewichte im neu entdeckten Teilchen dicht umeinanderkreisen, während das leichtere Up-Quark in größerem Abstand um das Duo herumtanzt. Insgesamt hat Xi_cc⁺⁺ eine Masse von 3621 Megaelektronvolt, was knapp dem Vierfachen des Protons entspricht.

Neue Baryonen sind weit weniger bedeutend als beispielsweise die Entdeckung des berühmten Higgs-Teilchens im Jahr 2012. Wissenschaftler hoffen dennoch, durch Xi_cc⁺⁺ etwas Neues zu lernen, vor allem über die starke Kernkraft. Sie gehört zu den vier Grundkräften und kettet Quarks aneinander. Aus Sicht von Teilchenphysikern sind dabei aber noch viele Detailfragen offen.