Fünf auf einen Streich
Teilchenphysikern ist ein neues Geschöpf in die Fänge geraten: ein Objekt,
das aus fünf Quarks besteht, und den Namen Pentaquark trägt.
Quarks hocken gerne beieinander: Sie werden über die Starke Wechselwirkung
so kräftig zusammen gehalten, dass es noch nie gelungen ist, ein einzelnes
 Quark
zu sichten. Bisher fand man sie ausschließlich in Zweier- oder Dreiergruppen
( Mesonen
und Baryonen).
Aber soll das schon alles sein? Können nicht auch noch mehr als zwei oder
drei Quarks zusammenfinden?
Eine theoretische Antwort auf diese Frage lieferten Maxim Polyakov, Dmitri
Diakonov and Victor Petrov im Jahr 1997 in St. Petersburg. Sie beschrieben ein
Teilchen, das aus vier Quarks und einem Antiquark bestehen sollte und ungefähr
das Anderthalbfache der Protonenmasse wiegt. Besonders gut kam diese Idee jedoch
damals bei den Kollegen nicht an.
Umso größer könnte nun die Genugtuung sein, dass Wissenschaftler
in Japan, den USA, Russland und beim Experiment HERMES
bei DESY
auf Geschöpfe gestoßen sind, die den vorhergesagten Eigenschaften
entsprechen.
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| Bei einer
Energie von 1,54 Milliarden Elektronenvolt häuft sich die Bildung von
Neutron-K+-Paaren. Das lässt Teilchenphysiker auf die Existenz eines
Pentaquark-Zwischenschrittes schließen. |
In Japan beschoss Takashi Nakano von der Osaka Universität Neutronen mit
sehr energiereichem Licht. In einigen Fällen entstanden dabei ein Neutron
(eine Quark-Dreiergruppe) sowie ein negatives und positives Kaon
(jeweils eine Quark-Zweiergruppe).
Soweit nichts Ungewöhnliches. Doch die Reaktionen häuften sich, als
die gemeinsame Energie des positiven Kaons und des Neutrons einen Wert von rund
1,54 Milliarden Elektronenvolt annahmen, was rund dem Anderthalbfachen der Protonenmasse
entspricht.
Solche Häufungen bei bestimmten Energien sind in der Teilchenphysik ein
starkes Indiz dafür, dass im Zwischenschritt ein Teilchen mit eben dieser
Masse entstanden ist (siehe
Resonanz).
Auch weitere Eigenschaften des Zweiergespanns lassen hier als Kandidaten ein
Pentaquark wahrscheinlich werden. Es betrat einige Duzend Male aber jeweils
nur für rund 10-20 Sekunden in Japan die Bühne. Experimente
am Jefferson Lab unter der Leitung von Ken Hicks bestätigen diesen Fund.
Der anfängliche Zweifel scheint ausgeräumt.
Sechs Jahre hat es von der Vorhersage bis zur Entdeckung gedauert. Direkt nach
dem Urknall wären die Physiker wahrscheinlich schneller auf die Pentaquarks
gestoßen. Denn was sie heute mühevoll in ihren Labors herstellen
mussten, hätte man damals vielleicht an jeder Ecke finden können.
Quellen
Kurz und knapp
- Erste Hinweise auf Quarks im Fünferpack.
- Leider zerfallen Pentaquarks schon nach 10-20 Sekunden.
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