Sie nennen sie Pentaquarks. Was Sie über die neuesten Entdeckungen über die winzigen Partikel wissen müssen, die unsere Welt ausmachen.
Bildnachweis: CERN
Von Gavin Hesketh, UCL
Der Large Hadron Collider, berühmt für das Auffinden des Higgs-Bosons, enthüllte nun ein weiteres neues und eher ungewöhnliches Teilchen. Die Teams am LHC, dem größten Teilchenbeschleuniger der Welt, haben kürzlich eine zweite Versuchsreihe gestartet, bei der weitaus mehr Energie verbraucht wurde als bei denjenigen, bei denen das Higgs-Teilchen bereits 2012 gefunden wurde die Milliarden von Partikelkollisionen des ersten LHC-Laufs, und jetzt glauben sie, etwas Neues entdeckt zu haben: Pentaquarks.
Pentaquarks sind eine exotische Form von Materie, die erstmals 1979 vorhergesagt wurde. Alles um uns herum besteht aus Atomen, die die Form einer Elektronenwolke haben, die einen schweren Kern aus Protonen und Neutronen umkreist. Seit den 1960er Jahren wissen wir jedoch auch, dass Protonen und Neutronen aus noch kleineren Teilchen bestehen, die als „Quarks“ bezeichnet werden und von der so genannten „starken Kraft“ zusammengehalten werden, der stärksten bekannten Kraft in der Natur.
Experimente im Jahr 1968 lieferten den Beweis für das Quarkmodell. Wenn Protonen stark genug getroffen werden, kann die starke Kraft überwunden und das Proton zerschlagen werden. Das Quarkmodell erklärt tatsächlich die Existenz von mehr als 100 Partikeln, die alle als „Hadronen“ (wie im Large Hadron Collider) bekannt sind und aus verschiedenen Kombinationen von Quarks bestehen. Zum Beispiel besteht das Proton aus drei Quarks.
Alle Hadronen scheinen aus Kombinationen von zwei oder drei Quarks zu bestehen, aber es gibt keinen offensichtlichen Grund, warum mehr Quarks nicht zusammenhalten könnten, um andere Arten von Hadronen zu bilden. Betreten Sie das Pentaquark: Fünf Quarks, die zu einem neuen Partikeltyp verbunden sind. Aber bis jetzt wusste niemand genau, ob es tatsächlich Pentaquarks gibt - und obwohl in den letzten 20 Jahren mehrere Entdeckungen angeführt wurden, hat keiner den Test der Zeit bestanden.
Der komplizierte Tanz des J / psi und des Protons. Bildnachweis: CERN
Pentaquarks sind unglaublich schwer zu sehen; Sie sind sehr selten und sehr instabil. Das heißt, wenn es möglich ist, fünf Quarks zusammenzuhalten, bleiben sie nicht sehr lange zusammen. Das Team des LHCb-Experiments machte seine Entdeckung, indem es sich andere exotische Hadronen, die bei den Kollisionen entstanden sind, genauer ansah und diese auseinanderbrachen. Insbesondere suchten sie nach dem Lambdab Teilchen, das in andere Hadronen zerfallen kann: ein Kaon, ein J / psi und ein Proton.
Das J / psi besteht aus zwei Quarks und das Proton aus drei. Die Wissenschaftler stellten fest, dass diese fünf Quarks für kurze Zeit in einem einzigen Teilchen zusammengebunden waren: einem Pentaquark. Tatsächlich haben sie durch detaillierte Analyse der Daten tatsächlich zwei Pentaquarks entdeckt und ihnen die eingängigen Namen Pc (4450) + und Pc (4380) + gegeben.
Warum ist das wichtig?
Die Entdeckung beantwortet eine jahrzehntealte Frage der Teilchenphysik und beleuchtet einen weiteren Teil der Mission des LHC. Entdeckungen von neuen fundamentalen Teilchen wie dem Higgs-Boson sagen etwas völlig Neues über das Universum aus. Entdeckungen wie Pentaquarks geben uns jedoch ein umfassenderes Verständnis für die vielfältigen Möglichkeiten, die in dem uns bereits bekannten Universum liegen.
Wenn wir dieses Verständnis entwickeln, erhalten wir möglicherweise Hinweise darauf, wie sich das Universum nach dem Urknall entwickelt hat und wie wir Protonen und Neutronen anstelle von Pentaquarks erhalten haben, aus denen die alltägliche Materie besteht.
Da der LHC jetzt mit fast der doppelten Energie auf Protonen auftrifft, sind die Wissenschaftler bereit, einige der anderen offenen Fragen der Teilchenphysik zu beantworten. Eines der Hauptziele mit den neuen Daten ist die Dunkle Materie, ein seltsames Teilchen, das im gesamten Universum zu sein scheint, aber noch nie gesehen wurde. Das aktuelle Verständnis der Quarks, der starken Kraft und aller bekannten Teilchen bei dieser neuen Energie zu testen, ist ein wesentlicher Schritt, um solche Entdeckungen zu machen.
Gavin Hesketh ist Dozent für Teilchenphysik an der UCL.
Dieser Artikel wurde ursprünglich auf The Conversation veröffentlicht.
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