Zu langes Leben: Quark-Antiquark-Teilchen passt nicht in die Theorie

Prallen beschleunigte Protonen auf ihre physikalischen Gegenteilchen, die Antiprotonen, entsteht ein riesiger Schauer an winzigen Bruchstücken aus ihren Bauteilen, den Quarks. Amerikanische Elementarteilchenforscher entdeckten in diesem subatomaren Feuerwerk ein neues Objekt, das sich durch seine lange Lebensdauer nicht in die theoretischen Modelle einfügen will. Aufgebaut aus einem Strange-Quark und einem Charm-Antiquark verspricht dieses seltsam-charmante Meson neue Einblicke in die Natur der so genannten Starken Kraft, die diese Teilchen zusammenhält. Ihre Beobachtungen veröffentlichten die Physiker vorab in der arXiv-Datenbank für Hochenergiephysik. (arXiv.org/abs/hep-ex/0406045)
"Das Meson legt nahe, dass neue dynamische Aspekte bei der Starken Kraft eine Rolle spielen. Dadurch öffnet es die Tür für viele weitere Beobachtungen weltweit", sagt Christopher Hill, theoretischer Physiker am Fermilab in Batavia, Illinois. Mit einer Masse von 2635 Megaelektronenvolt hinterließ das neue Quark-Antiquark-Paar eine Spur im SELEX-Detektor (Segmented Large X baryon Spectrometer). Diese Masse verteilt sich dabei relativ ungleich auf ein leichtes Strange-Quark und ein sehr viel schwereres Charm-Antiquark. Damit ist dieses Teilchen das schwerste Meson seiner Art, das jemals in einem Teilchenbeschleuniger erzeugt wurde.

Doch je schwerer ein Elementarteilchen ist, desto schneller sollte es auch wieder zerfallen. Da dies mit einer dreimal längeren Lebensdauer als erwartet bei dem neuen Meson jedoch nicht der Fall ist, sind die Physiker derzeit noch ratlos. Die Erklärung erhoffen sie sich durch eine genauere Analyse der Kraft, die Quark-Antiquark-Paare zusammenhält. Diese Starke Kraft, neben der Schwachen Kraft, der elektromagnetischen Kraft und der Gravitation eine der vier fundamentalen Grundkräfte, wirkt nur über extrem kurze Strecken und ist bei Objekten, die größer als ein Atomkern sind, nicht mehr direkt messbar.

Ob mit dieser Entdeckung das derzeit gültige Modell für den Aufbau der Materie, das so genannte Standardmodell, ins Schwanken gerät, ist fraglich. Auf alle Fälle muss es etwas verfeinert werden, damit das seltsame Verhalten des neuen Mesons wieder theoretisch erklärt werden kann. Vor solche Herausforderungen werden Elementarteilchenphysiker immer wieder gestellt, wenn sie Unvorhergesehenes in ihren riesigen Teilchenbeschleunigern entdecken. Weitere Beispiel dafür sind die zuletzt entdeckten Teilchen, die sich aus fünf oder vier Quarks zusammensetzten. Vor deren Entdeckung kannten die Wissenschaftler lediglich Gruppen aus drei Quarks wie beim Proton oder Neutron oder aus nur zwei Quarks wie bei den Mesonen.
Jan Oliver Löfken


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