Forscher sehen erstmals, wie Teilchen aus dem Nichts entstehen

Wissenschaftler haben erstmals direkt beobachtet, wie Teilchen aus dem scheinbar leeren Raum entstehen. Das berichtete die STAR-Kollaboration am Brookhaven National Laboratory in den USA. Theoretische Annahmen werden damit bestätigt.

Theorie wird bestätigt

Die Messungen wurden am Relativistic Heavy Ion Collider durchgeführt, wo Protonen mit hoher Energie aufeinandertreffen. In diesen Kollisionen konnten die Forschenden seltene Quark-Antiquark-Paare nachweisen, die nicht aus den kollidierenden Teilchen selbst stammen, sondern direkt aus dem Vakuum hervorgehen. Damit liefert das Experiment den bislang deutlichsten Hinweis darauf, dass "leerer" Raum keineswegs leer ist, berichtet das Magazin New Scientist.

Nach gängiger Theorie ist das Vakuum von kurzlebigen sogenannten virtuellen Teilchen durchzogen, die ständig entstehen und wieder verschwinden. Unter normalen Bedingungen bleiben sie unbeobachtbar. Wird jedoch ausreichend Energie zugeführt, können diese flüchtigen Zustände in reale Teilchen mit messbarer Masse übergehen.


Im Experiment zeigte sich dieses Phänomen indirekt: Die neu entstandenen Quarks verbinden sich sofort zu zusammengesetzten Teilchen, den Hyperonen, da freie Quarks nicht isoliert existieren können. Entscheidend für den Nachweis war eine spezielle Eigenschaft, der Spin. Quarks und Antiquarks, die gemeinsam aus dem Vakuum entstehen, weisen eine charakteristische gemeinsame Ausrichtung ihres Spins auf. Diese Korrelation bleibt auch erhalten, wenn sich die Quarks zu Hyperonen verbinden und diese kurz darauf zerfallen.

Wie entsteht Masse?

Anhand dieser Spin-Signaturen konnten die Forschenden nachvollziehen, dass die beobachteten Teilchen nicht aus den ursprünglichen Kollisionstrümmern der Photonen stammen, sondern ihren Ursprung im Vakuum haben. "Zum ersten Mal sehen wir den gesamten Prozess", erklärte Zhoudunming Tu, eine der beteiligten Wissenschaftlerinnen.

Die Ergebnisse könnten helfen, eines der größten Rätsel der Physik besser zu verstehen: den Ursprung der Masse von Teilchen. Nach der Quantenchromodynamik entsteht ein Großteil der Masse von Quarks durch ihre Wechselwirkung mit dem Vakuum. Wie genau dieser Mechanismus funktioniert, ist jedoch bislang nicht vollständig geklärt. Allerdings sind weitere Untersuchungen nötig, um alternative Erklärungen auszuschließen. Kommende Experimente sollen die Resultate präzisieren.


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