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Elementarteilchenphysik: Können sich so viele Physiker irren?

Es war eine Sensation. Alle Medien berichteten: Ein Teilchen aus fünf Elementarbausteinen sei gefunden worden. Nun kommen erste Zweifel auf.
Pentaquark
Das Standardmodell der Elementarteilchenphysik schreibt den Grundbausteinen der Materie ziemlich genau vor, wie sie sich zusammenzufinden haben. Demnach rotten sich die so genannten Quarks, aus denen beispielsweise die Protonen und Neutronen bestehen, in Zweier- oder Dreierkombinationen zusammen: Sie bilden entweder Quark-Antiquark-Pärchen, die dann Meson heißen, oder sie formen Trios aus Quarks respektive Antiquarks, die dann als (Anti-)Baryonen bezeichnet werden. Die so genannten Leptonen, zu denen etwa das Elektron gehört, können dagegen schon mal als Singles unterwegs sein – als Ladungsträger des elektrischen Stroms beispielsweise.

Im Jahr 2002 erregte dann aber eine Meldung Aufsehen: Ein Team um den Japaner Takashi Nakano von der Universität Osaka wollte am Teilchenbeschleuniger Spring-8 ein Pentaquark beobachtet haben, eine Fünferkombination also, bestehend aus vier Quarks und einem Antiquark. Vorausgesagt war dieses Superteilchen bereits im Jahre 1997 von Dmitri Diakonov, Victor Petrov und Maxim Polyakov vom russischen Kernforschungsinstitut Gatchina in St.Petersburg.

Daraufhin häuften sich die Meldungen. Jedes Zentrum der Teilchenphysik, das etwas auf sich hielt, gab an, ebenso Hinweise auf eventuelle Pentaquarks gefunden zu haben. Die erste Bestätigung kam von einem Forscherteam unter der Leitung von Kenneth Hicks von der Universität Ohio. Mit dem Nachweisgerät CLAS an der Thomas Jefferson National Accelerator Facility in Newport News in Virginia wollten sie das Teilchen sogar fünfzigmal erzeugt haben. Ähnlich im italienischen Forschungszentrum Frascati sowie in einem Nachweisgerät beim Deutschen Elektronen-Synchrotron DESY in Hamburg. Mittlerweile glaubten zehn verschiedene Beschleunigerzentren, dieses ominöse Teilchen auch beim Stöbern in Daten aus früheren Messungen aufspüren zu können.

Doch nun kommen erstmals Zweifel auf, ob es das Pentaquark überhaupt gibt. Um es genauer unter die Lupe zu nehmen, verfeinerte die Italienerin Raffaella De Vita vom National Institute of Nuclear Physics in Genua an der Thomas Jefferson National Accelerator Facility ein Experiment, das am Bonner Speicherring ELSA bereits Hinweise lieferte. Der Versuch von De Vita sollte aber gut zehnmal genauer arbeiten.

"Wir konnten jedoch überhaupt nichts entdecken", berichtete die Forscherin nun auf einer Konferenz der Amerikanischen Physikalischen Gesellschaft in Tampa. Curtis Meyer, ein Kollege der Italienerin von der Carnegie Mellon University in Pittsburgh bestätigt das Resultat: "Die Daten sprechen nicht unbedingt für die Existenz von Pentaquarks", meint er. "Kurz nach der vermeintlichen Entdeckung das Teilchens gab es zwar eine wahre Euphorie. Doch waren viele dieser Ergebnisse sehr am Rande der Nachweisgrenze."

Der Beweis ist in der Tat sehr schwierig, da sich derartige Teilchen nie direkt beobachten lassen. Sie zerfallen innerhalb kürzester Zeit in Fragmente – für das Pentaquark berechneten die Physiker immerhin eine Lebensdauer von gerade einmal 10-20 Sekunden. Das ist der hundertste Teil eines milliardsten Teils einer tausendstel Mikrosekunde. Licht käme in dieser Zeit noch nicht einmal einen hundertstel Nanometer weit.

Nur die Bruchstücke lassen sich daher nachweisen. Auf die Existenz eines eventuellen Teilchens schließen die Experimentatoren dann beispielsweise, wenn bei einer bestimmten Energie auffällig oft gleichartige Überbleibsel entstehen. So soll das Pentaquark bei einer Energie von etwa 1,54 Milliarden Elektronenvolt entstehen und kurz darauf in ein Neutron und ein negativ geladenes so genanntes Kaon zerfallen.

Ein Experiment, das Kenneth Hicks von der Universität Ohio derzeit durchführt – einer der ersten übrigens, der die Existenz des Pentaquarks bestätigte – soll nun für Klarheit sorgen. Wir dürfen gespannt sein.

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