Exotisches Teilchen Physikern gelingt Nachweis eines Partikels aus vier Quarks

Maximal drei Quarks bilden ein Partikel - dachte man bislang. Nun ist es Physikern am Forschungszentrum Cern gelungen, die Existenz von Materie aus vier Quarks zu beweisen und bisherige Theorien zu sprengen.

Der Large Hadron Collider im Cern, Schweiz: 180 Billionen Kollisionen brachten den Beweis
REUTERS

Der Large Hadron Collider im Cern, Schweiz: 180 Billionen Kollisionen brachten den Beweis


Genf - Das Gebäude der Teilchen und subatomaren Partikel in der Physik ist bereits jetzt ein kompliziertes Konstrukt. Neue Experimente des Teilchenbeschleunigers Large Hadron Collider (LHC) im Kernforschungszentrum Cern in der Schweiz machen es noch ein wenig komplexer. Die Cern-Forscher wiesen mit besonders großer statistischer Sicherheit ein sogenanntes "exotisches Hadron" nach. Es besteht demnach nicht wie die Mesonen aus zwei oder wie die Baryonen aus drei Quarks, sondern gleich aus vier.

Der Nachwuchs in Form des "Z(4430)-" getauften subatomaren Partikels kam für die Forscher nicht gänzlich unerwartet. Durch theoretische Überlegungen wurde seine Existenz schon vor Jahren von Physikern erahnt. Experimente an einem japanischen Beschleuniger lieferten 2008 erste Belege dafür, dass es ein solches Tetraquark geben könnte. Zunächst versuchten sich US-amerikanische Physiker daran, diese Belege zu untermauern - ohne Erfolg.

Nun scheint der Nachweis des außergewöhnlichen Teilchens tatsächlich geglückt: Vorab veröffentlichten die Cern-Forscher ihre Ergebnisse aus dem Teilchenbeschleuniger. Sie übertreffen die vor sechs Jahren gemachten Messungen in ihrer Aussagekraft deutlich und sollen im Fachmagazin "Physical Review Letters" erscheinen.

"Statistische Signifikanz ist überwältigend"

Physiker geben die Gültigkeit ihrer Messungen oft mit Hilfe der sogenannten Standardabweichung (Sigma) an. Mit ihr lässt sich ausdrücken, wie zuverlässig Messergebnisse sind und wie wahrscheinlich es ist, dass sie zufällig zustande gekommen sind. Ab einer Grenze von fünf Sigma für ein durchgeführtes Experiment sprechen viele Teilchenphysiker von Fachmagazinen von einer "Entdeckung" oder "Beobachtung".

Bereits die 2008 aufgezeichneten Messwerte schafften es über diese Grenze. Das Risiko, dass es sich bereits damals um ein zufälliges Signal handelte, lag bei rund 1 zu 3,5 Millionen. Die nachfolgenden Versuche, den Ausschlag nochmals zu messen, scheiterten, sorgten aber für Verwunderung in der Fachwelt.

Doch die nun von den Cern-Forschern veröffentlichten Messungen räumen jeden Zweifel aus. Mit gleich 13,9 Standardabweichungen machten die Wissenschaftler ihr "Z(4430)-" zum guten Kandidaten für ein Tetraquark und somit als ein neues exotisches Hadron dingfest. Die Wahrscheinlichkeit für einen Irrtum ist verschwindend gering. Wohl auch deswegen sprechen die Forscher auf der Webseite des Experiments von einer "eindeutigen Beobachtung eines exotischen Partikels, der nicht im traditionellen Quark-Modell klassifiziert werden kann".

Seinen eckigen Namen verdankt das nun nachgewiesene Hadron seinen Eigenschaften, etwa seiner Masse. Die ist mit 4430 Mega-Elektronenvolt rund viermal so groß wie die eines Protons. Zudem ist das exotische Hadron negativ geladen. Die Physiker vermuten, dass es aus je einem Charm-, Anti-Charm-, einem Down- und einem sogenannten Anti-Up-Quark besteht. Insgesamt sind sechs solcher "Flavours" bekannt.

Bedingungen wie kurz nach dem Urknall

Der Versuchsaufbau der Forscher für den Nachweis am Cern wurde entwickelt, um das Verhältnis von Materie und Anti-Materie im Weltall zu beleuchten. Ziel des LHCb-Projekts ist es, die Zustände kurz nach dem Urknall nachzuahmen und auch den Teilchenzoo genauer zu erforschen.

Um das Ungleichgewicht von Materie und Anti-Materie bei der Entstehung des Kosmos erklären zu können, lassen die Physiker des Cern Protonen mit hoher Geschwindigkeit in einem kilometerlangen Ring aufeinanderprallen und zerschmettern. Für den Nachweis des Tetraquarks beobachteten die Physiker rund 25.000 Zerfallsprozesse von Teilchen, die durch 180 Billionen Kollisionen von Protonen hervorgerufen wurden.

Dabei sollen rund 4000 der exotischen Hadronen entstanden sein, schreiben die Forscher in ihrer Arbeit. Stabil sind allerdings auch die nicht lange gewesen. Sie zerfielen ebenfalls in andere Teilchen und das sogar schneller, als die Forscher vorhergesagt und erwartet hatten.

Ob das exotische Teilchen wirklich ein Tetraquark ist oder womöglich ein loser Zusammenschluss von zwei Quark-Paaren, müssen die Wissenschaftler in weiteren Experimenten klären. Sollten sich allerdings die Beweise noch weiter erhärten, so stehen die Chancen gut, dass das neue Mitglied der Teilchenfamilie noch weitere Geschwister haben könnte, die ebenfalls aus vier Quarks bestehen.

Forum - Diskutieren Sie über diesen Artikel
insgesamt 61 Beiträge
Alle Kommentare öffnen
Seite 1
belzeebub1988 14.04.2014
1. und
bringt uns das dem warpantrieb näher? forscht die nasa nicht seid 2 jahren daran
its4free 14.04.2014
2. optional
COOL ! Zig Milliarden Euro werden um den Ring geschossen nur um festzustellen, das es auch Tetra-Pak gibt...oder alles nur Quark ? Ich würde wetten, 20 Milliarden Euro und 20 Jahre weiter haben wir den Okto-Quark...mit linksdrehenden Kulturen.
plasmopompas 14.04.2014
3.
Zitat von sysopREUTERSMaximal drei Quarks bilden ein Partikel - dachte man bislang. Nun ist es Physikern am Forschungszentrum Cern gelungen, die Existenz von Materie aus vier Quarks zu beweisen und bisherige Theorien zu sprengen. http://www.spiegel.de/wissenschaft/technik/partikel-aus-vier-quarks-cern-pysiker-weisen-exotisches-teilchen-nach-a-963743.html
Ich stelle solche Materie sogar selbst her! Ein Teil Erdbeeren und vier Teile Quark!
Helmut Wiener 14.04.2014
4.
Sie würden heute nicht vor einer Kiste namens PC sitzen und könnten Kommentare posten, wären nicht schon in der Vergangenheit Experimente wie dieses durchgeführt worden. Die Grundlagenforschung ist, wie der Name schon erraten lässt, die Grundlage so gut wie aller technischer Entwicklung.
arniferkel 14.04.2014
5. Das Geld
Wird nicht einfach zerschossen. Schauen sie mal nach wie viele Menschen in Genf und verteilt auf der Welt für das CERN arbeiten. Die und andere Unternehmen die ach wieder Menschen beschäftigen bekommen das Geld. Die kaufen davon wieder Sachen die sie vielleicht produzieren. Ganz nebenbei betreiben diese Menschen Forschung was meiner Meinung nach sinnvoller ist als einen Ball zwischen zwei Toren von 22 Menschen hin und her zu bewegen oder mit Rennwagen dauernd im Kreis zu fahren.
Alle Kommentare öffnen
Seite 1

© SPIEGEL ONLINE 2014
Alle Rechte vorbehalten
Vervielfältigung nur mit Genehmigung der SPIEGELnet GmbH


TOP
Die Homepage wurde aktualisiert. Jetzt aufrufen.
Hinweis nicht mehr anzeigen.