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Teilchenphysik: CERN findet neues Teilchen

Neues Teilchen im CMS-Detektor

Es ist nicht die lang ersehnte Entdeckung des Higgs-Bosons, welche die Wissenschaftler des Detektors Compact Muon Solenoid (CMS) am am 1. Mai 2012 vemeldeten. CMS ist eines der vier großen Experimente am Teilchenbeschleuniger LHC des CERN nahe Genf. Den Physikern ist der Nachweis eines exotischen Teilchens gelungen, das den Namen Ξ*b0 trägt. Das Standardmodell der Teilchenphysik sagt die Existenz dieses Teilchens voraus, sein Nachweis erfolgte nun mit Hilfe von insgesamt 530 Billionen Proton-Proton-Kollisionen.

Neues Teilchen im CMS-Detektor | Beispiel eines typischen Zerfallsprozesses des neu entdeckten Teilchens mit dem Namen Ξ*b0 im CMS-Detektor des Teilchenbeschleunigers CERN.

Das Ξ*b0 besteht aus drei Quarks, je einem up-, einem strange- und einem bottom-Quark. Insgesamt ist das Teilchen elektrisch ungeladen, da sich die Ladungen seiner Quark-Bausteine gegenseitig aufheben. Es zählt zur Teilchenklasse der Baryonen, deren alltäglicher Vertreter das Proton ist, das in den Kernen aller Atome vorkommt. Im Gegensatz zum Proton ist das Ξ*b0 jedoch sehr viel massereicher, seine Ruhemasse beträgt nach den Ergebnissen der Teilchenphysiker rund 5945 Megaelektronvolt, das entspricht der 6,3-fachen Masse des Protons und ungefähr der eines ganzen Lithiumatoms.

Zerfall des Ξ*b0 | Diese Grafik zeigt den Zerfall des neu entdeckten Ξ*b0-Baryons. Am Ende der Zerfallskaskade verbleiben ein Proton, zwei Myonen und drei Pionen.

Die Entdeckung ist nicht überraschend. Nach dem Standardmodell der Teilchenphysik bilden sich so genannte Ξb-Baryonen aus einem bottom- (b), einem strange- (s) und einem up- (u) oder down-Quark (d). Die Kombination b+s+u führt zu einem neutralen Teilchen (Ξb0), während die Kombination b+s+d ein elektrisch negativ geladenes Pendant (Ξb-) hervorbringt. Diese beiden Teilchen sind bekannt, sie wurden bereits beobachtet. Zusätzlich können sich Quantenzustände in der Zusammensetzung ändern und zu so genannten angeregten Zuständen führen. Das neu entdeckte Ξ*b0 ist ein solcher angeregter Zustand, was durch das zusätzliche Sternchen dargestellt wird.

Wegen der im Teilchen enthaltenen schweren Quarks zerfällt das Teilchen sehr schnell in einer Kaskade mit mehreren Zwischenschritten. Die Wissenschaftler des CMS-Experiments am CERN spürten die dabei entstehenden Zerfallsprodukte auf und schlossen so auf die Existenz des Ξ*b0.

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