Am Europäischen Kernforschungszentrum Cern bei Genf ist ein neues Teilchen entdeckt worden. Es ähnelt dem Proton, das in jedem Atomkern steckt. Und es könnte erklären, was das Proton und andere winzige Teilchen zusammenhält. Was genau bedeutet das? Wissenschaftsredaktorin Anita Vonmont ordnet ein.
Anita Vonmont
Wissenschaftsredaktorin
Was ist das für ein protonähnliches Teilchen, das neu entdeckt wurde?
Protonen gehören ja – wie die Neutronen und Elektronen- zu den Bausteinen, die in jedem Atom stecken. Also in uns und in allem um uns herum. Protonen sind aber nicht die kleinsten Teilchen, die es gibt. Sie sind zusammengesetzt aus den Quarks, die in verschiedenen Varianten vorkommen. Das im Cern neu entdeckte Teilchen ist ähnlich gebaut wie das Proton: Es besteht ebenfalls aus drei Quarks – und zwar aus einem sogenannten «Down»-Quark, wie es das Proton ebenfalls hat. Und dann noch aus zwei exotischen Quarks, die «Charm»-Quarks heissen. Damit ist das neu entdeckte Teilchen vier mal schwerer als ein Proton.
Kommt dieses protonähnliche Teilchen auch in uns vor?
Nein. Es lässt sich auch nur künstlich erzeugen, es ist nämlich extrem kurzlebig. Es existiert weniger lang als ein Billionstel einer Sekunde. Aber das Teilchen wurde in der Fachwelt vorhergesagt. Nun ist der experimentell sehr schwierige Nachweis gelungen.
Wie konnte man sowas im Cern messen?
Es braucht dazu einen sehr leistungstarken Teilchenbschleuniger wie den Large Hadron Collider am Cern. Darin lässt man hochenergetische Teilchen aufeinanderprallen. So entstehen neue Teilchen. Wie eben das jetzt neu entdeckte. Das zerfällt zwar so schnell, dass man es quasi nicht fotografieren kann. Aber man kann es dennoch nachweisen – und zwar mit Hilfe der stabileren Teilchen, die ebenfalls entstehen. Aus denen kann man auf die Eigenschaften des flüchtigen Teilchens schliessen.
Welche Eigenschaften hat denn das neue Teilchen – was kann es?
Die Forschenden erwarten, dass dieses Teilchen hilft, eine der vier Universalkräfte im Universum besser zu verstehen. Nämlich die «starke Kraft». Sie hält kleinste Teilchen wie Protonen, Neutronen, oder auch Quarks zusammen. Man kann sich das so vorstellen: Wenn man ein Haus baut, nimmt man Backsteine und schichtet Mörtel dazwischen. Macht man dasselbe nochmals, nur mit schwereren Backsteinen, kann man schauen, wie gut der Mörtel das Ganze jetzt noch zusammenhält - und es eben so besser verstehen.
Merken wir die starke Kraft im Alltag?
Die starke Kraft wirkt zwar nur zwischen kleinsten Teilchen. Aber sie bestimmt zum Beispiel unser Körpergewicht. Bleiben wir bei den Protonen: Sie haben ein gewisses Gewicht, und das wird bestimmt von der starken Kraft zwischen den Protonen-Bausteinen. Es gibt eine Formel: Wenn ich die Zahl der Protonen in meinem Körper multipliziere mit dem Gewicht eines einzelnen Protons, dann komme ich auf mein Körpergewicht.
Wie bedeutend ist die Entdeckung des neuen Teilchens?
So revolutionär wie etwa das Higgs-Teilchen, das auch am Cern entdeckt wurde, ist das jetzige neue Teilchen nicht. Es handelt sich dabei nicht wie beim Higgs oder auch den Quarks um Elementarteilchen. Solche werden höchst selten entdeckt. Das aktuell entdeckte Teilchen ist ein zusammengesetztes Teilchen, also sozusagen neue Materie aus bestehenden Bausteinen. Die zu studieren ist auch wichtig für das Verständnis der Welt im Kleinsten. Gerade das Cern ist hier erfolgreich: Es hat schon 80 solche zusammengesetzte Teilchen entdeckt – wohl mehr als jeder andere Teilchenbeschleuniger weltweit.
