Exotischer Zustand

Exotische Materie aus sechs Quarks bestätigt

von D. Lenz

Die ersten Hinweise auf exotische Materie gab es bereits im Jahr 2011. Jetzt konnten Physiker die exotische Materie, die aus sechs Quarks besteht, in einem Experiment nachweisen. Normale Materie besteht aus maximal drei Quarks. Der Nachweis von Materie, welche im Zwischenzustand aus sechs Quarks besteht, eröffnet ein ganz neues Feld in der Teilchenphysik.

Jülch (Deutschland). Bisher konnten Physiker nur zwei verschiedene Klassen von Hadronen reproduzierbar nachweisen: Flüchtige Mesonen, die aus einem Quark und einem Antiquark bestehen und Baryonen, die sich aus drei Quarks zusammensetzen. Zu den Baryonen zählen unter anderem auch Protonen und Neutronen, die alle bekannten Arten von Atomkernen aufbauen. In den letzten Jahren gab es vermehrt Hinweise, dass es neben den zwei bekannten Hadronen-Klassen noch weitere Arten, wie beispielsweise Hybride, Gluebälle oder Multiquarks existieren könnten.

Im Jahr 1964 hatte der Physiker Freeman Dyson erstmals solche komplexen Zwischenzustände vorhergesagt. Der Nachweis blieb jedoch aus, da sich seine Experimente nicht reproduzieren ließen. Erst in den letzten Jahren haben verschiedene Forschergruppen durch unterschiedliche Experimente starke Indizien für schnelllebige exotische Materie gefunden. Diese sollten jedoch aus vier Quarks bestehen, sogenannte Tetraquarks.

Die ersten Hinweise auf exotische Materie mit sechs Quarks

Im Jahr 2011 haben Experimente am COSY-Beschleuniger vom Forschungszentrum Jülch für Kernphysik erste Hinweise geliefert, dass es exotische Materie geben könnte die aus sechs Quarks aufgebaut wird. Die sogenannten Dibaryons sind extrem kurzlebig und lassen sich bisher nur über ihre Zerfallsprodukte nachweisen. Der kurze Zwischenzustand in dem die exotische Materie existiert dauert nur eine Hunderttrilliardstel (10 hoch -23) Sekunde.

„Die Messungen, die wir 2011 an COSY durchgeführt haben, waren bereits sehr präzise. Doch weil die Experimente an keinem anderen Beschleuniger der Welt wiederholt werden konnten, mussten wir uns einen anderen Versuch einfallen lassen, um die Ergebnisse zu bestätigen“, erklärt Hans Ströher, Direktor am Jülicher Institut für Kernphysik welches zur Helmholtz Gemeinschaft gehört.

Neue Experimente lieferten den reproduzierbaren Nachweis

In dem neuen Experiment beschossen die Physiker ein Proton mit polarisierten Kernen von schwerem Wasserstoff, sogenannte Deutronen. Der Beschuss erfolgte mit einer Stärke von 2.380 Megaeletronenvolt, dem Energiebereich bei dem bereits frühere Experimente die exotische Materie entstehen ließen. Wenn der exotische Zwischenzustand eintritt, verändert es den Winkel in dem die kollidierten Teilchen auseinander fliegen. Dies kann am COSY-Beschleuniger genau gemessen und detektiert werden.

Wie das neue Experiment zeigt, deutet alles auf die Präsenz der exotischen Materie hin. Diese wurde von den Physikern d+(2380) getauft. „Die neuartige Resonanz, die wir beobachtet haben, zeigt, dass Quarks im Sechserpack tatsächlich existieren“, sagt Heinz Clement von der Universität Tübingen. Allerdings bleibt bisher die Frage offen, ob alle sechs Quarks ein gemeinsames Teilchen oder ein hardronische Molekül bilden. Eine solche Struktur wäre dann ähnlich aufgebaut, wie ein komplexer Atomkern der aus mehreren Kernbausteinen besteht.

Sollte diese komplexe exotische Materie existieren, eröffnet dies ein völlig neuen Bereich der Teilchenphysik. „Die Ergebnisse ordnen sich in ein größeres Bild ein. Wenn die exotische Materie existiert, dann könnte es theoretisch noch eine Vielzahl anderer exotischer Zustände geben“, so James Ritman vom Forschungszentrum Jülch.

2 Kommentare

D.b
Meine Frage: Übernehmen die Zwischenräume bei einer homöopathische Lösung die Eigenschaften des verwendeten Stoffes wie zum Beispiel die magnetische Anziehungskraftk von Kobalt etc.? Und wenn ja, wäre es nicht möglich simulierte Masse so zu extrahieren zu können?
Beier Karl - Heinz
Diese kurze Zerfallszeit der sechs verbundenen Quarks könnte daher kommen, dass der Zeitverlauf ab dem Urknall bis in unsere Region, durch die Zerfallszeit der sechs gebundenen Quarks, über die vierte Potenz der Materie Einschluss Geschwindigkeit hervorgeht. Denn das Quadrat der Lichtgeschwindigkeit resultiert aus der Vakuum-Beschleunigung welche 8,241696728 . 10 hoch 10 cm sec und die Materie Einschluss Geschwindigkeit welche 1,090497756 . 10 hoch 10 cm sec ist, so dass C Quadrat 8,98755178737 . 10 hoch 20 (cm sec) zum Quadrat ergibt. Die Lichtgeschwindigkeit in unserer Region des Universums beträgt zu diesem Zeitpunkt 2,99792458 . 10 hoch 10 cm sec, sie sollte aber im Urknall 3,96669537223 . 10 hoch 9 cm sec betragen haben, wie ich berechnet habe, so dass die Wurzel aus 2,99792458 . 10 hoch 10 cm sec X 3,96669537223 . 10 hoch 9 cm sec = 1,090497756 . 10 hoch 10 cm beträgt. Da aber das die Materie Einschluss Geschwindigkeit ist, und das zur vierten Potenz das ergibt 1,41516181055 . 10 hoch 40 (cm sec hoch 4). Vom Urknall bis zur Erde sind inzwischen 4,9167944344 . 10 hoch 17 Sekunden vergangen, so dass die Zerfallszeit der sechs gebundenen Quarks 4,9167944344 . 10 hoch 17 Sekunden durch 1,41416181055 . 10 hoch 40 (cm sec hoch 4) = 3,47682591747 . 10 minus 23 Sekunde. Das entspräche dem Zustand den man als d+(2380) getauft hat und von Direktor Professor Hans Stroher am Jülicher Institut für Kernphysik durchgeführt wurde.
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