Das CERN hat gerade auf einen Schlag fünf neue Teilchen entdeckt

Wissenschaftler in der Schweiz haben diesmal gleich fünf bisher unbekannte Teilchen aufgespürt. Wir haben einen der glücklichen Entdecker gefragt, was das für die Forschung bedeutet.

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17 März 2017, 1:25pm

Illustration eines Pentaquark-Teilchens – also ein Teilchen aus 5 Quarks | Bild: CERN

In einem unterirdischen Ring von 27 Kilometern beschleunigen Wissenschaftler seit Jahren in der Nähe der Schweizer Grenze Partikel fast auf Lichtgeschwindigkeit. Jedes Jahr produziert der LHC am CERN auf diese Weise so viele Daten, dass damit theoretisch 1,2 Millionen Blu-rays beschrieben werden können. Unter diesen 30 Petabyte ist viel Unbrauchbares. Aber ab und zu prallen Teilchen so aufeinander, dass sie in neue, bisher unbeobachtete subatomare Teilchen zerfallen und uns der Frage näher bringen, woraus Materie besteht. In einer Studie, die CERN gestern veröffentlicht hat, präsentieren die Wissenschaftler nun den Fund von fünf neuen Teilchen. Das Ziel ist ambitioniert: Das Standardmodell der Elementarteilchenphysik weiter zu vervollständigen.

Bei der Entdeckung handelt es sich nicht nur um fünf einzelne Teilchen, sondern um eine Gruppe von fünf unterschiedlichen Zuständen eines Partikels namens „Omega-c-zero". Schon die Beobachtung eines neuen Teilchen wäre eine Nachricht wert, fünf in einer einzigen Analyse zu finden, sei dagegen „ziemlich einzigartig", heißt es in der Pressemitteilung. Warum die Entdeckung die Physiker so elektrisiert, erklärt Marco Pappagallo, Autor des Papers, gegenüber Motherboard so: „Wir wussten, dass mehrere Zustände existieren sollten, aber dass fünf eine relativ lange Lebensdauer haben, hatte niemand vorhergesehen." Diese Teilchen zerfallen alle in den gleichen Endzustand. „Das sieht man daran", so der Wissenschaftler, „dass sie als fünf nah beieinander liegende Spitzen im gleichen Massenspektrum erscheinen." Das sei einzigartig in der Geschichte der Teilchenphysik.

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Die fünf neuen Teilchen befinden sich im sogenannten „angeregten Zustand". Das heißt, ihre Energie ist größer als die niedrigst mögliche des Grundzustands – in dem Fall das Teilchen Omega-c-zero. Dieses gehört zur Gruppe der Baryone, die aus drei Quarks bestehen. Um deren Bedeutung zu verdeutlichen, greift Pappagallo auf eine Metapher zurück: Er vergleicht die Quarks in der Gruppe der Baryone mit drei Legosteinen, die sich zu ganz unterschiedlichen Teilchen zusammensetzen lassen. Omega-c-zero wäre dementsprechend die Grundform aus den drei Lego-Quarks. Wenn diese anders zusammengebaut werden, erhält man die fünf Teilchen im „angeregten Zustand" wie sie der LHCb-Detektor gefunden hat.

Die Namen der neuen Teilchen allerdings sind reichlich unspektakulär: Benannt wurden sie nach dem Standardverfahren zur Benennung und heißen jetzt Ωc(3000)0, Ωc(3050)0, Ωc(3066)0, Ωc(3090)0 and Ωc(3119)0. Dabei steht die Zahl in Klammern für ihre Masse in Megaelektronenvolt.

Dank des leistungsfähigen Detektors, welcher die unterschiedlichen Teilchenarten zuverlässig erkennen kann und dank der großen vorliegenden Datenmenge, schlussfolgert die Pressemitteilung, dass „die fünf Zustände mit einer überwältigenden statistischen Genauigkeit identifiziert werden konnten. Das bedeutet, dass die Entdeckung keinem statistischen Zufallsergebnis zugeschrieben werden kann."

Im nächsten Schritt geht es nun darum, zu erforschen, was die genauen Eigenschaften dieser neuen Partikel sind. So interessieren sich die Forscher zum Beispiel dafür, wie die drei Quarks in dem Baryon zusammengehalten werden. Letztlich geht es bei der Forschung aber nicht nur um physikalische Details, am CERN hat man immer die ganz großen Fragen im Blick: „Da Quarks Elementarteilchen sind", so Marco Pappagallo, „werden die Erkenntnisse dabei helfen, unser Universum zu beschreiben."