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News: Das letzte Meson

Physiker haben endlich das letze Mitglied einer Familie subatomarer Partikel entdeckt, die sie Mesonen nennen. Sie erwarten, daß die Masse und Lebensdauer des neuen Teilchens zu einem besseren Verständnis der Kraft führen, "die unsere Welt zusammenhält."
Die Endeckung des Bc-Mesons, die kürzlich auf einem Seminar des Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) in Batavia, Illinois bekanntgegeben wurde, ist der letzte Eintrag in das "Periodensystem" dieser Partikel.

Quarks sind die elementaren Bausteine der Protonen und Neutronen, welche den Kern eines Atoms bilden. Diese Quarks werden durch die sogenannte starke Kraft zusammengehalten. Sie können sich auch zu Paaren zusammenfinden, um so Mesonen zu bilden, die allerdings extrem kurzlebig sind. Physiker, die mit ihren Meßgeräten kosmische Strahlen auffangen oder in Teilchenbeschleunigern Partikel kollidieren lassen, um anschließend die Trümmer zu untersuchen, hatten bisher 14 der 15 denkbaren Mesonen gefunden, die durch verschiedene Kombinationen der fünf (von sechs) relativ leicht zu erzeugenden unterschiedlichen Quarks gebildet werden können. Doch in keinem Experiment wurden genügend Bc-Mesonen erzeugt, um einen flüchtigen Blick auf das Teilchen werfen zu können.

Dieses Jahr lieferte das Experiment der rund 450 Physiker am Collider Detector des Fermilab (CDF) endlich genügend Daten, um den scheuen Baustein nachzuweisen. Zwei Studenten – Prem Singh von der University of Pittsburgh in Pennsylvania und Jun-Ichi Suzuki von der University of Tsukuba in Japan – kämpften sich durch die Daten aus Billionen von Kollisionen und jagten nach den Überresten von Bc: ein leichteres Meson und ein weiteres Teilchen. Sie fanden ungefähr 20 mal etwas, das wie eine Spur von Bc aussah.

Die Lebensdauer des Bc-Mesons – eine halbe Billionstel Sekunde – entspricht ungefähr der halben Zeitspanne, die von einigen Theorien vorhergesagt wurde. Nach diesen Überlegungen bindet die starke Kraft die beiden Quarks so eng, daß das Meson es schwer hat, zu zerfallen und eigentlich länger leben sollte. Die gemessene kurze Lebensdauer, sagt Jonathan Lewis, Physiker am Fermilab, wird den Physikern helfen, dieses offene Rätsel zu lösen.

Die kleine Anzahl von Beobachtungen läßt jedoch Raum für Zweifel an der Existenz des neuen Mesons. "Ich bin skeptisch", sagt Sheldon Stone, Physiker an der Syracuse University in New York. Aber Lewis vom CDF, der die Forschungsarbeit überwachte, meint, die Wahrscheinlichkeit, daß die Beobachtungen nur eine Folge zufälliger Schwankungen waren, sei ungefähr eins zu einer Million. "Die Chance, daß man in Nordamerika von einem Blitzschlag getroffen wird, ist genauso groß", sagt er. "Und dies ist nach meiner persönlichen Definition ein annehmbares Risiko."

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