CERN: Upgrade abgeschlossen und direkt ein neues Teilchen entdeckt

Am europäischen Kernforschungszentrum CERN ist Forschenden ein weiterer Durchbruch gelungen: Im größten Teilchenbeschleuniger der Welt, dem LHC, wurde nach dessen Upgrade ein neues Teilchen entdeckt.

Wie ein schweres Proton

Es handelt sich um das sogenannte "Xi-cc-plus", das nun als 80. bekanntes Teilchen aus Experimenten des Large Hadron Collider hervorgeht, wie das CERN mitteilte. Das neu identifizierte Teilchen gehört zur Familie der Baryonen, also jener Bausteine, aus denen auch Protonen und Neutronen bestehen. Anders als ein gewöhnliches Proton, das aus zwei Up-Quarks und einem Down-Quark zusammengesetzt ist, enthält das Xi-cc-plus zwei sogenannte Charm-Quarks sowie ein Down-Quark. Da Charm-Quarks deutlich schwerer sind, ist das neue Teilchen rund viermal massereicher als ein Proton.

Baryonen bestehen grundsätzlich aus drei Quarks, die in sechs verschiedenen "Geschmacksrichtungen" auftreten: Up, Down, Charm, Strange, Top und Bottom. Theoretisch sind zahlreiche Kombinationen möglich, doch viele dieser Varianten sind extrem instabil und daher schwer nachzuweisen.


Genau hier setzt der Large Hadron Collider an: In dem 27 Kilometer langen Ring, der unter der Grenze zwischen Frankreich und der Schweiz verläuft, werden Teilchen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und zur Kollision gebracht. Die dabei entstehenden Zerfallsprodukte liefern Hinweise auf kurzlebige, bislang unbekannte Teilchen.

Laut Vincenzo Vagnoni, Sprecher des LHCb-Experiments, ist dies erst das zweite Mal, dass ein Baryon mit zwei schweren Quarks beobachtet wurde. Zudem handelt es sich um die erste Entdeckung dieser Art seit der Modernisierung des LHCb-Detektors im Jahr 2023. Die Lebensdauer des neuen Teilchens ist besonders kurz - etwa sechsmal geringer als die eines ähnlichen Teilchens, das 2017 entdeckt wurde. Das macht den Nachweis erheblich schwieriger.

Mehr ist geplant

Die Entdeckung könnte wichtige Erkenntnisse für die Quantenchromodynamik liefern, also jene Theorie, die beschreibt, wie die starke Kernkraft Quarks zusammenhält. Forschende hoffen, damit nicht nur bekannte Teilchen besser zu verstehen, sondern auch exotischere Formen von Materie wie Tetra- oder Pentaquarks genauer untersuchen zu können.

Der Large Hadron Collider hatte bereits 2012 mit dem Nachweis des Higgs-Bosons weltweit für Aufsehen gesorgt. Die aktuelle Entdeckung unterstreicht erneut seine zentrale Rolle in der Grundlagenforschung. Gleichzeitig plant CERN mit dem "Future Circular Collider" bereits den nächsten, noch leistungsstärkeren Beschleuniger, um den Geheimnissen des Universums weiter auf den Grund zu gehen.


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