Teilchenphysik: Weitere Teilchen
Weitere Teilchen
BearbeitenNun haben wir alle wirklich elementaren Teilchen kennen gelernt. Doch vielleicht ist ihnen schon etwas aufgefallen: Wir haben zwar gesagt, dass Quarks nie frei in der Natur vorkommen können - allerdings behauptete ich weiter oben auch, dass die Nukleonen nur aus Up- und Down-Quarks aufgebaut sind. Wo kommen also die anderen vier Quark-Arten vor? Nun auf die Notwendigkeit der Existenz dieser Quarks ist man dadurch gekommen, dass man weitere Teilchen gefunden hat, welche genau wie die Nukleonen aus Quarks aufgebaut sind. Da man die Eigenschaften einiger dieser Teilchen nicht mit den zwei schon bekannten Quarks erklären konnte, kam man auf die Idee, weitere Quarks müssten existieren.
Baryonen
BearbeitenBaryonen sind Teilchen, welche aus drei Quarks bestehen, zu ihnen gehören also auch die Nukleonen. Das Proton, ist das einzige Baryon, welches ungebunden stabil ist. Das Neutron ist zwar stabil, wenn es mit anderen Nukleonen in einem Atomkern gebunden ist - in freier Form zerfällt es jedoch nach einer mittleren Lebensdauer von etwa 15 Minuten. Alle anderen Baryonen haben Lebensdauern von unter 10-9 Sekunden, abgesehen vom "ewigen" Proton mit einer Lebenszeit von über 1032 Jahren.
Eine Liste von Baryonen mit ihren Eigenschaften finden Sie hier: Liste der Baryonen
Mesonen
BearbeitenMesonen sind aus einem Quark und einem Antiquark aufgebaut. Es gibt kein stabiles Meson, sie zerfallen alle in weniger als 10-7 Sekunden. Sie werden nun vermutlich glauben, es könnte maximal 36 (zwei Stück aus möglichen 6 Quarks und 6 Antiquarks) Mesonen geben. Man weiß jedoch heute, dass es jedoch deutlich mehr als 36 Möglichkeiten gibt.
Wir wissen bereits, dass Quarks - wie alle Teilchen - einen Spin besitzen. Die Spins der beiden Quarks in einem Meson, können also zueinander parallel oder antiparallel sein, je nachdem unterscheidet man zwischen Vektormesonen und pseudoskalaren Mesonen. Mesonen, welche zwar aus den gleichen Quarks aufgebaut sind, von denen jedoch das eine ein Vektormeson und das andere ein pseudoskalares Meson ist, haben unterschiedliche Eigenschaften und sind deshalb als komplett unterschiedliche Teilchen zu betrachten.
Eine Liste von Mesonen mit ihren Eigenschaften finden Sie hier: Liste der Mesonen
Pentaquarks
Bearbeiten1997 sagten Dmitri Diakonov, V. Petrov und M. Polyakov die Existenz von Pentaquarks voraus. Dies sind Teilchen, welche aus fünf Quarks (griech. penta, dt. fünf) bestehen. Von Anfang an war die Vorhersage umstritten, da die vorhergesagten Teilchen leicht aufzuspüren sein sollten. Im Juli 2003 beobachtete Takashi Nakano an der Universität von Osaka, Japan ein solches Pentaquark (genannt Θ+), Ken Hicks am Jefferson Laboratory, Virginia, USA bestätigte dieses Ergebnis. Dies war eine große Überraschung und führte dazu, dass viele andere Wissenschaftler bereits existierender Daten nach Signalen für das Pentaquark durchsuchten. Innerhalb von wenigen Monaten meldeten etwa ein Dutzend verschiedene Gruppen ebenfalls Evidenz für das Θ+ entdeckt zu haben. Einige Gruppen behaupteten sogar, weitere Pentaquarks nachweisen zu können. Ähnlich viele Forschergruppen fanden jedoch keinerlei Spuren auf ein solches Teilchen, weshalb Zweifel an den Entdeckungsberichten aufkam. Am Jefferson Laboratory führte die CLAS Collaboration schließlich die größte Studie zur Pentaquark-Hypothese durch - und konnte dabei keine Hinweise von Pentaquarks finden. Sie gehen davon aus, dass die bisherigen Nachweise von Pentaquarks auf falsch interpretierten Daten beruhen. Es ist jedoch bis heute nicht bekannt warum einige Gruppen Hinweise auf Pentaquarks fanden, andere jedoch nicht. Da es auch keinen eindeutigen Widerleg für die Existenz von Pentaquarks gibt, kann es als offen betrachtet werden, ob diese existieren oder nicht. Neue Erkenntnisse könnten entweder Hilfe von Computersimulationen der Quantenchromodynamik (so genannten Gittereichtheorien) gewonnen werden - hierfür benötigt man jedoch extrem komplexe Algorithmen sowie viel Rechenzeit auf einem Supercomputer - oder durch neue Experimente.
