Illustration einer neuen Art von Pentaquark. (CERN) Physiker sagen, sie hätten Beweise in Daten aus Europa gefunden Large Hadron Collider für drei noch nie dagewesene Kombinationen von Quarks, gerade als der größte Teilchenzerstörer der Welt eine neue Runde hochenergetischer Experimente startet.
Die drei exotischen Arten von Teilchen – zu denen zwei Vier-Quark-Kombinationen, sogenannte Tetraquarks, sowie eine Fünf-Quark-Einheit, sogenannte Pentaquarks, gehören – stimmen vollständig mit dem überein Standardmodell , die jahrzehntealte Theorie, die die Struktur von Atomen beschreibt.
Im Gegensatz dazu hoffen Wissenschaftler, dass der aktuelle Lauf des LHC Beweise für die Physik liefern wird, die über das hinausgehen Standardmodell um die Natur mysteriöser Phänomene zu erklären, wie z Dunkle Materie . Solche Beweise könnten darauf hinweisen neue Anordnungen subatomarer Teilchen , oder auch zusätzliche Dimensionen in unserem Universum .
Der LHC war drei Jahre lang abgeschaltet worden, um seine Systeme für die Bewältigung beispielloser Energieniveaus aufzurüsten. Dieser Shutdown endete im April Seitdem bereiten sich Wissenschaftler und Ingenieure des Forschungszentrums CERN an der französisch-schweizerischen Grenze auf die heutige Wiederaufnahme des wissenschaftlichen Betriebs vor.
Im Kontrollzentrum des CERN herrschte Aufregung, als der LHC mit der dritten Datenerfassung und -analyse begann.
„Es ist jetzt ein magischer Moment“, sagte CERN-Generaldirektorin Fabiola Gianotti währenddessen Der heutige Webcast . „Wir hatten gerade Kollisionen mit einer beispiellosen Energie, 13,6 Teraelektronenvolt, und dies eröffnet eine neue Ära der Erforschung am CERN.“
Gianotti sagte, dass die Wissenschaftler des LHC damit rechnen, bei diesem dritten Lauf genauso viele Daten zu sammeln, wie sie gesammelt haben im Laufe von 13 Jahren während der letzten beiden Läufe des Colliders. „Dies wird natürlich unsere Möglichkeiten zur Entdeckung oder zum Verständnis der Grundgesetze des Universums erhöhen“, sagte sie.
Der 27 Kilometer lange Ring aus supraleitenden Magneten und seine Teilchendetektoren sollen während Lauf 3 fast vier Jahre lang rund um die Uhr in Betrieb sein.
Der heutige Start des Laufs erfolgt zehn Jahre und einen Tag, nachdem LHC-Physiker ihre bisher größte Entdeckung bekannt gegeben haben: Beweis für die Existenz des Higgs-Bosons , ein subatomares Teilchen, das hilft, das Phänomen der Masse zu erklären.
Die drei neuen Arten subatomarer Teilchen, die heute im Rahmen eines CERN-Seminar , sind keine Offenbarungen auf Higgs-Niveau. Sie deuten jedoch darauf hin, dass der LHC auf der Suche nach weiteren bisher unentdeckten Bausteinen des Universums ist.
Der Large Hadron Collider schleudert Protonen mit Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit zusammen, um sogenannte Quarkkombinationen zu untersuchen Hadronen .
„Je mehr Analysen wir durchführen, desto mehr Arten exotischer Hadronen finden wir“, sagte Niels Tuning, Physikkoordinator für den LHCb-Detektor des Kolliders. sagte in einer Pressemitteilung .
„Wir erleben eine Entdeckungsperiode ähnlich den 1950er Jahren, als ein ‚Teilchenzoo‘ von Hadronen entdeckt wurde, der schließlich in den 1960er Jahren zum Quarkmodell konventioneller Hadronen führte.“ „Wir erschaffen den ‚Particle Zoo 2.0‘.“
LHCb-Sprecher Chris Parkes sagte, die Untersuchung neuer Quarkkombinationen „wird Theoretikern dabei helfen, ein einheitliches Modell exotischer Hadronen zu entwickeln, deren genaue Natur weitgehend unbekannt ist“.
Die meisten Hadronen sind nicht so exotisch. Protonen und Neutronen bestehen beispielsweise aus drei miteinander verbundenen Quarks. (Tatsächlich, der Ursprung des Wortes „Quark“. ' geht zurück auf eine Zeile von Finnegans Wake von James Joyce: „Drei Quarks für Muster Mark!“) Pionen sind Zwei-Quark-Kombinationen.
Vier-Quark- und Fünf-Quark-Kombinationen sind viel seltener und werden auch vermutet existieren nur für einen Augenblick bevor es in verschiedene Arten von Partikeln zerfällt.
Quarks gibt es in sechs verschiedenen „Geschmacksrichtungen“: oben und unten, oben und unten, charmant und seltsam.
Das LHCb-Team analysierte die Zerfälle negativ geladener B-Mesonen und sah Hinweise auf die Existenz eines Pentaquarks, bestehend aus einem Charm-Quark und einem Charm-Antiquark sowie einem Up-, Down- und Strange-Quark. Es ist das erste bekannte Pentaquark, das ein Strange-Quark enthält.
Zu den beiden neu identifizierten Tetraquarks gehört eine „doppelt elektrisch geladene“ Kombination aus vier Quarks: einem Charm-Quark, einem Strange-Antiquark, einem Up-Quark und einem Down-Antiquark.
Dieses Tetraquark wurde in Kombination mit seinem neutralen Gegenstück entdeckt, das aus einem Charm-Quark, einem Strange-Antiquark, einem Up-Antiquark und einem Down-Quark besteht. Laut CERN ist dies das erste Mal, dass ein Paar Tetraquarks gemeinsam beobachtet wurde.
Einige theoretische Modelle stellen sich exotische Hadronen als einzelne Einheiten fest gebundener Quarks vor. Andere betrachten sie als Paare von Standardhadronen, die lose miteinander verbunden sind, ähnlich wie Atome zu Molekülen zusammengebunden sind.
„Nur die Zeit und weitere Untersuchungen exotischer Hadronen werden zeigen, ob es sich bei diesen Teilchen um das eine, das andere oder beide handelt“, sagt CERN.
Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht von Universum heute . Lies das originaler Artikel .