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KERNTEILCHEN: Das Neutronenrätsel

Zwei hochpräzise Experimente liefern unterschiedliche Ergebnisse für die Lebensdauer des Neutrons. Liegt die Differenz schlicht an Messfehlern, oder deutet sie auf ein bislang unbekanntes Phänomen?
Neutron

Zum Glück für das Leben auf der Erde ist die meiste Materie nicht radioaktiv. Das ist keineswegs selbstverständlich, denn das Neutron, zusammen mit dem Proton Baustein fast aller Atomkerne, kann durchaus zerfallen. Gebunden an Protonen ist es zwar stabil. Aber auf sich allein gestellt wandelt es sich durchschnittlich bereits nach zirka einer Viertelstunde in andere Teilchen um. Das Wort "zirka" umschreibt hier eine verstörende Lücke in unserem physikalischen Verständnis. Denn die Physiker sind sich nicht darüber einig, wie groß die mittlere Lebensdauer von freien Neutronen eigentlich exakt ist.

Dabei wäre eine genaue Antwort sehr wichtig für unser Verständnis der Gesetze des Universums. Beim Zerfall des Neutrons handelt es sich um eines der einfachsten Beispiele der so genannten schwachen Wechselwirkung – einer der vier Grundkräfte der Physik. Wollen wir sie gänzlich begreifen, müssen wir die Lebensdauer des Neutrons kennen.

Außerdem wirkte sich dieser Zerfall unmittelbar nach dem Urknall entscheidend darauf aus, wie damals die leichtesten chemischen Elemente entstanden. Gern würden Kosmologen die theoretisch erwarteten Häufigkeiten dieser Stoffe berechnen und mit den Ergebnissen astronomischer Beobachtungen abgleichen. Eine Übereinstimmung würde theoretische Vorstellungen vom Urknall bestätigen, eine Abweichung hingegen auf unbekannte Teilchen oder Phänomene hinweisen. Doch ohne zu wissen, wie stabil freie Neutronen sind, ist dieser Vergleich nicht möglich. ...

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  • Quellen

Serebrov, A. et al.: Measurement of the Neutron Lifetime Using a Gravitational Trap and a Low-Temperature Fomblin Coating. In: Physics Letters B 605, S. 72 – 78, 2005

Wietfeldt, F. E., Greene, G. L.: The Neutron Lifetime. In: Reviews of Modern Physics 83, 2011

Yue, A. T. et al.: Improved Determination of the Neutron Lifetime. In: Physical Review Letters 111, 2013

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