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Kernphysik: Die Suche nach dem fehlenden Spin

Von Protonen hängt unsere Existenz ab: Ohne sie gäbe es weder Galaxien noch Leben. Wissenschaftlern aber bereiten sie Kopfzerbrechen. Denn noch ist völlig unklar, wie sich eine ihrer wichtigsten Eigenschaften, der Spin, aus den Vorgängen in ihrem Inneren erklären lässt.
Proton
An und für sich ist die Welt ganz einfach konstruiert. Bis auf einige exotische Partikel besteht der weitaus überwiegende Teil des sichtbaren Universums aus nur drei Teilchen: aus Protonen und Neutronen, also den Bausteinen des Atomkerns, sowie aus Elektronen. Das gilt für interstellares Gas ebenso wie für die unzähligen Galaxien mit ihren Myriaden von Sonnen und deren Planeten. Während Elektronen als elementar gelten – zumindest fand kein Experiment auf der Welt bislang Hinweise auf einen inneren Aufbau der negativ geladenen Partikel –, sind die Kernbausteine hoch komplex strukturiert.

Protonen und Neutronen, die auch als Nukleonen bezeichnet werden, bestehen im Wesentlichen aus jeweils drei Valenzquarks. Im Fall des Protons sind dies zwei up-Quarks und ein down-Quark, bei Neutronen ist es umgekehrt. Zusammengehalten werden die Quarks durch eine der vier Grundkräfte der Natur, die starke Kernkraft. Messungen an leistungsstarken Beschleunigern – durchgeführt etwa vom europäischen Teilchenforschungszentrum (CERN) bei Genf, dem Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) in Hamburg, dem Jefferson Laboratory in Virginia, dem Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) in Kalifornien oder dem Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) am Brookhaven National Laboratory bei New York –, zeigen jedoch, dass Protonen und Neutronen nicht nur aus den Valenzquarks bestehen, sondern dass in ihnen auch eine "Suppe" aus virtuellen Teilchen schwappt ...

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