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Teilchenphysik: Experimenteller Beleg für Pentaquark

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Wenn man ein Kernteilchen wie das Neutron mit Photonen beschießt, geht es in bestimmten Fällen in einen angeregten Zustand höherer Masse über. Ist dieser langlebig genug, betrachten ihn Physiker als eigenständiges Teilchen. Ein besonders umstrittenes Exemplar dieser Gattung – ein aus fünf Quarks bestehendes Pentaquark namens N* – meinen Maxim Polyakov von der Ruhr-Universität Bochum und Viatcheslav Kuznetsov von der Universität Kyungpook in Daegu (Südkorea) jetzt in Daten des Bonner Elektronenbeschleunigers ELSA entdeckt zu haben.

N* erscheint als so genannte Resonanz nach Photonenbeschuss von Kernteilchen bei 1685 Megaelektronenvolt und existiert zehnmal länger als alle sonst bekannten Anregungszustände. Ferner lässt sich über die Zerfallsprodukte des Teilchens sein Aufbau aus fünf Quarks erschließen. Laut Polyakov entstehen solche Pentaquarks, wenn Photonen ein virtuelles Quark-Antiquark-Paar des Vakuums in ein reales Paar umwandeln, das sich anschließend mit jenen drei Quarks vereinigt, aus denen das Kernteilchen besteht.

Sollte das N* mehr als ein statistisches Artefakt sein, stützt es die Theorie der Quantenchromodynamik. Demnach verdankt ein Kernteilchen seine Eigenschaften auch den umgebenden virtuellen Quarks und nicht nur den drei realen, aus denen es aufgebaut ist.

Seit der 1997 von Polyakov und Kollegen veröffentlichten Vorhersage der Pentaquarks sind Physiker weltweit auf der Suche danach. Schon 2003 gab es indirekte Hinweise auf ein Theta-Teilchen genanntes Exemplar, die sich aber nicht erhärten ließen. ELSA habe bisherige Experimente – etwa der europäischen Kollaboration GRAAL – verfeinert und erweitert, sagt Polyakov. Auch wenn die jetzigen Daten mit einer Signifikanz von drei Standardabweichungen noch nicht als endgültiger Beweis ausreichten, halte er sie für überzeugend.

Vera Spillner

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