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Teilchenphysik: Den Multiquarks auf der Spur

Die Protonen und Neutronen der Atomkerne bestehen aus jeweils drei elementaren Quarks. Theoretisch kann es jedoch auch Quark-Systeme aus vier, fünf und mehr Bausteinen geben. Neue Ergebnisse vom Large Hadron Collider am CERN befeuern diese Idee jetzt.
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Anfang der 1960er Jahre standen Physiker vor einem Problem: Seit den 1950er Jahren hatten sie in Kollisions­experimenten zahlreiche neue Teilchen entdeckt, für die eine systematische Einordnung fehlte. Der zunächst sehr unübersichtliche "Teilchenzoo" ließ sich allerdings mit Hilfe mathematischer Methoden aus der Gruppentheorie ordnen. Dies legte die Vermutung nahe, dass die bis dahin bekannten Partikel meist nicht wie bisher geglaubt elementar waren, sondern sich aus einer kleinen Anzahl von Grundbausteinen zusammensetzten.

Im Jahr 1964 entwickelten dann zwei US-amerikanische Theoretiker unabhängig voneinander das Quark-Modell, wonach etwa Proton und Neutron (siehe "Multiquarks im Experiment") aus drei – zunächst hypothetischen – punktförmigen Teilchen aufgebaut wären. Der eine der beiden Forscher war Murray Gell-Mann vom California Institute of Technology; er erhielt 1969 den Physik­nobelpreis für seine "Beiträge und Entdeckungen betreffend der ­Klassifizierung der Elementarteilchen und deren Wechselwirkungen". Die deutlich ausführlicheren Arbeiten seines Kollegen George Zweig kursierten zwar als "CERN Reports", waren aber nach Intervention des damaligen Theoriedirektors am CERN nicht regulär in einer wissenschaftlichen Zeitschrift erschienen. ...

September 2016

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft September 2016

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  • Quellen und Literaturtipps

Aaij, R. et al. (LHCb Kollaboration): Observation of J/Psi-p-Resonances Consistent with Pentaquark State. In: Physical Review Letters 115, 2015

Gell-Mann, M.: A Schematic Model of Baryons and Mesons. In: Physics Letters 8, 214, 1964

Zweig, G.: An SU3 Model for Strong Interaction Symmetry and its Breaking. In: CERN-TH-401. Preprint CERN Library, 1964

LHCb Reports Observation of Pentaquarks. In: CERN Courier, 26. August 2015

Meißner, U.-G.: Charmante Pentaquarks? In: Physik Journal 10/2015, S. 21 – 22

Ziegler, T.: Pentaquarks – existieren sie wirklich? In: Physik in unserer Zeit 36, S. 157, 2005