Pentaquarks & Co.: LHC findet neue Formen exotischer Materie

Quarks, die zu den kleinsten uns bekannten Elementarteilchen gehören, können sich auf noch andere Arten zusammenfinden, als bisher bekannt war. Experimente am Large Hadron Collider (LHC) haben drei neue Varianten hervorgebracht. Atomkerne setzen sich aus Neutronen und Protonen zusammen, die jeweils aus drei Quarks bestehen. Die in den letzten Jahren entdeckte "exotische" Materie besteht aus vier und fünf unterschiedlichen Quarks - also Tetraquarks und Pentaquarks. Am LHC ist es nun gelungen, ein neues Pentaquark und zwei neue Tetraquarks zu beobachten. Die neuen Strukturen bestehen nur für ein Hunderttausendstel einer Milliardstel Sekunde, können aber unter Umständen Erklärungen zu Vorgängen in der Zeit der Entstehung unseres Universums liefern.

Das neue Pentaquark zerfällt in Teilchen, die keine Verbindung miteinander zu haben scheinen. Die beiden Tetraquarks hingegen haben die gleiche Masse, was darauf hindeutet, dass sie das erste bekannte Paar exotischer Strukturen sein könnten. Es gibt aber noch eine weitere wichtige Erkenntnis für die Forscher: Man kennt inzwischen genug Formen der exotischen Materie, um sie in eine Struktur einzubetten - ähnlich wie man es bei den Elementen mit dem Periodensystem tun konnte. Das könnte wiederum Rückschlüsse auf noch unbekannte Formen und ihre Eigenschaften erlauben und die gezielte Suche erleichtern.

Des Pudels Kern

Die Erforschung der winzigen Unterschiede zwischen den kleinsten Teilchen, die wir kennen, mag geheimnisvoll erscheinen, aber sie ist die Grundlage für die starke Wechselwirkung, eine der vier Grundkräfte der Physik, Diese hält das Innere der Atome und damit letztlich das gesamte Universum zusammen.

"Die starke Wechselwirkung ist extrem schwer zu berechnen, und wir haben keine sicheren Vorhersagen darüber, wie die exotischen Pentaquarks und Tetraquarks aufgebaut sind", erklärte Chris Parkes von der Universität Manchester. "Aber wir hoffen, dass wir durch die Entdeckung dieser Teilchen Theorien entwickeln können, die es uns ermöglichen, sie besser zu verstehen."

Siehe auch: Higgs-Cousin: Physiker finden überraschend neues Elementarteilchen