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Teilchenphysik: Umstrittenes Pentaquark nun offiziell gesichtet

Normalerweise treten sie in Zweier- oder Dreierbündeln auf, doch nun sichten Forscher ein Konglomerat aus fünf Quarks. Das "Pentaquark" hatte sich lange äußerst rar gemacht.
PentaquarkLaden...

Erst war es da, dann wieder nicht, und nun sieht alles danach aus, als wäre die Entdeckung des so genannten Pentaquarks endlich geglückt. Bereits seit Jahrzehnten spekulieren Forscher über die Existenz eines Konglomerats aus fünf Quarks. Im Jahr 2002 vermeldete eine japanische Forschergruppe eine erste Sichtung, doch drei Jahre später mussten sie einen Irrtum einräumen. Einige stellten daraufhin grundsätzlich in Frage, dass sich das Teilchen bilden kann. Doch nun scheinen Messungen am LHCb-Experiment des Large Hadron Collider in Genf die Zweifler endgültig zu widerlegen.

LHCb-Sprecher Guy Wilkinson erklärte gegenüber "Nature": "Das Pentaquark ist nicht nur irgendein neues Teilchen – es stellt eine Weise dar, die Grundbausteine von gewöhnlichen Protonen und Neutronen in einem Muster neu zu arrangieren, das noch nie zuvor beobachtet wurde." Damit eröffne sich ein weiterer Weg, den Aufbau der Materie besser zu verstehen. Vor allem die so genannte Quantenchromodynamik, eine gängige Theorie der starken Wechselwirkung, die die Bestandteile eines Atomkerns zusammenhält, könnte von der Erforschung solcher exotischen Quark-Zusammenballungen profitieren.

Insgesamt zweimal ging den LHCb-Wissenschaftlern eins der kurzlebigen Quintette in die Detektorfalle. Die Massen bezifferten sie auf 4,38 und 4,45 Gigaelektronvolt; damit waren die beiden Pentaquarks rund 4,7-mal so schwer wie ein Proton. Die Wahrscheinlichkeit eines Irrtums ist mit 9 Sigma extrem gering und liegt deutlich unter dem üblicherweise für derartige Entdeckungen geforderten Wert. Die Teilchen wurden per Zufall in Messreihen entdeckt, die zwischen 2009 und 2012 für einen ganz anderen Zweck aufgenommen worden waren. Dabei hatten Wissenschaftler die Zerfallsprodukte von Billionen so genannter Lambda-B-Baryonen registriert.

Auch eine genaue Zusammensetzung des Quintetts geben die Forscher in ihrer auf dem Preprint-Server arXiv veröffentlichten Studie an. Demnach bestanden die Pentaquarks aus zwei Up-Quarks, einem Down-Quark und einem Charmonium, einem Paar aus Charm-Quark und Charm-Antiquark. Dass beide Teilchen in ihrer Masse leicht voneinander abwichen, erklären die Wissenschaftler mit Verweis auf unterschiedliche Teilchenzustände.

LHCb-Forscher Sheldon Stone von der Syracuse University in New York hofft, dass die Neuentdeckung die Suche nach weiteren Pentaquark-Sorten wieder ankurbeln wird. In den kommenden Jahren sollten sich noch zahlreiche weitere Pentaquark-Varianten dingfest machen lassen – und möglicherweise tauche am Ende sogar die Theta+-Variante auf, die das japanische Forscherteam einst so sicher in der Falle glaubte.

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