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Teilchenphysik: Spin des Protons

Physiker wissen nun genauer, woher das Proton seinen Spin bezieht. Der Wert dieser quantenmechanischen Eigenschaft, die man sich vereinfacht als Eigendrehung vorstellen kann, ist zwar jedem Physikstudenten bekannt. Ein Proton hat demnach einen Spin von 1/2. Wie die einzelnen Bestandteile des Teilchens zu diesem Wert beitragen, ist aber seit Langem ein Rätsel. Experimente an Teilchenbeschleunigern haben ergeben, dass die Selbstdrehung der drei so genannten Valenzquarks, aus denen das Proton vereinfachten Modellen zufolge besteht, nur ein Drittel des Spins beisteuert.

Nun ist einem Team um Yi-Bo Yang von der University of Kentucky im gleichnamigen US-Bundesstaat ein Fortschritt bei der Beilegung dieser "Proton-Spin-Krise" gelungen: Mittels Computersimula­tionen hat die Gruppe berechnet, dass so genannte Gluonen für etwa die Hälfte des Proton-Spins aufkommen. Die Teilchen sind die Vermittler der starken Kernkraft, die zwischen Quarks wirkt. Dabei huschen sie ständig kreuz und quer durch das Proton.

Offenbar übertragen die Gluonen dabei einen Teil ihres Dralls. Woher das Proton das verbleibende Fünftel seiner Eigendrehung erhält, ist dagegen weiterhin unklar. In Frage kommt unter anderem der Drehimpuls, der von den Bahnbewegungen der einzelnen Bestandteile ausgeht.

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  • Quellen
PRL 10.1103/PhysRevD.93.011501, 2017
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