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News: Jetzt auch zu fünft

Quarks brauchen immer Gesellschaft. Deshalb kommen sie stets zu zweit oder dritt vor. Aber auch gegen größere Gemeinschaften haben sie anscheinend nichts einzuwenden.
Penta-Quark-klein
"Wer hat das bestellt?", rief 1937 der Nobelpreisträger Isidore Rabi aus, als die Entdeckung des Myons, des übergewichtigen Bruders des Elektrons, bekannt wurde. Sein Erstaunen war gerechtfertigt, denn die Zusammensetzung der "normalen" Materie war bereits entschlüsselt und es schien eigentlich keinen vernünftigen Grund für die Existenz weiterer, zumeist sehr kurzlebiger Teilchen zu geben. Vielleicht ahnte der Forscher auch damals schon, dass diese Entdeckung einen ganzen Rattenschwanz neuer exotischer Partikel nach sich ziehen würde.

Seitdem ist die Schar der Elementarteilchen zu einem wahren Zoo angewachsen. So gibt es allein sechs verschiedene Quarks – ihre Anti-Teilchen nicht mitgezählt. Diese können sich wiederum gewissen Regeln folgend zu zweit, zu den so genannten Mesonen oder zu dritt, zu den Baryonen, zusammentun.

Doch es kommt sogar noch dicker. Das legen zumindest die Befunde der Experimente nahe, die Takashi Nakano von der Osaka University und seine Kollegen vom Spring-8-Teilchenbeschleuniger in Japan durchführten [1].

Die Forscher erzeugten Gammastrahlen, indem sie einen Laser an beschleunigte Elektronen mit einer Energie von acht Gigaelektronenvolt streuten. Die energiereichen Gamma-Photonen wurden sodann auf ein ruhendes Ziel aus Kohlenstoff-12-Atomen gelenkt. Dabei kollidierten die Lichtteilchen auch mit Neutronen der Kohlenstoffatome, wobei in einigen Fällen auch jeweils ein K+- und ein K--Meson enstanden. Das Neutron indes blieb erhalten. Die Endprodukte dieser Reaktion fingen schließlich Detektoren auf. Die Wissenschaftler hielten dabei nach Effekten Ausschau, die darauf hindeuteten, dass während der Reaktion etwas Ungewöhnliches passierte.

Tatsächlich entdeckten sie, dass manchmal ein Neutron, bestehend aus zwei down- und einem up-Quark und ein K+-Meson, zusammengesetzt aus einem up-Quark und einem strange-Anti-Quark, miteinander verschmolzen – zumindest kurzzeitig für vielleicht gerade einmal 10-20 Sekunden. Es bildete sich anscheinend ein Zustand aus fünf Quarks, ein Pentaquark-Teilchen, mit einer Masse von etwa 1,54 Gigaelektronenvolt.

Doch gerade in der Teilchenphysik ist eine Entdeckung erst dann wirklich glaubwürdig, wenn sie von unabhängiger Seite bestätigt wird. In diesem Fall lieferte ein Forschungsteam unter der Leitung von Ken Hicks von der Ohio University eine erste Bestätigung [2]. Sie fanden ebenfalls Hinweise auf das Pentaquark im CLAS-Detektor an der Thomas Jefferson National Accelerator Facility.

Auch hier erzeugten die Wissenschaftler energiereiche Gammastrahlen. Diesmal indem sie Elektronen gegen ein festes Hindernis schleuderten. Die gestreuten Photonen kollidierten dann mit einem ruhenden Ziel aus Deuterium. Auch dabei verschmolzen offensichtlich in einigen Fällen Neutronen und K+-Mesonen miteinander zu einem Pentaquark von 1,543 Gigaelektronenvolt.

Wenn jetzt auch noch das HERMES-Experiment am deutschen Teilchenbeschleuniger DESY in Hamburg über dieses neue Teilchen stolpert, wären damit auch die letzten Zweifel über die Existenz des Fünf-Quark-Zustandes aus dem Weg geräumt.

Wer weiß? Möglicherweise erhält der Teilchenzoo im Gefolge dieses neuen Zustands erneut Zuwachs. Es scheint jedenfalls nichts dagegen zu sprechen. Zumindest aber trägt die Entdeckung des Pentaquarks dazu bei, die Natur der Elementarteilchen, ihrer Wechselwirkung und damit auch unsere Existenz noch ein wenig besser zu verstehen. Schließlich sind es die Kräfte zwischen den Elementarteilchen, die uns im Innersten zusammen halten.

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