Auch im 21. Jahrhundert sind viele Fragen der Wissenschaft ungeklärt. Eine davon: Welche Eigenschaften haben Quarks, die bisher bekannten kleinsten Elementarteilchen und somit Grundlage aller Materie? Dieser Ausgangsfrage gingen insgesamt 64 Universitäten und Institute aus Asien, Europa und Nordamerika im Rahmen des BES-III (Beijing Electron Spectrometer) Experimentes nach. Obwohl das Experiment noch vier weitere Jahre laufen wird, haben die WissenschaftlerInnen nun erste Erkenntnisse publiziert: Man hat tatsächlich Materie gefunden, die nicht den bisher bekannten Schemata zugeordnet werden kann. 

Innerhalb des Experiments trifft Antimaterie auf Materie, sodass Energie und daraus wiederum neue Materie entsteht, welche aus Quarks besteht. Unter Antimaterie werden sämtliche Positronen, also Antimaterieteilchen der Elektronen, gefasst. Materie setzt sich unter anderem aus Elektronen zusammen. 

Worum geht’s?

Bisher war innerhalb der Forschung bekannt, dass Quarks zwei Arten von Teilchen bilden können: Bayronen wie Protonen oder Neutronen (bestehend aus drei Quarks) und Mesonen (bestehend aus einem Quark und einem Antiquark). Wissenslücken hinsichtlich des Themas bestünden laut RUB-Professor Ulrich Wiedner in der Komplexität der Wechselwirkungen. Es gebe bisher noch keine „gute, vollständige Beschreibung dazu.“

Im Pekinger Experiment wurde nun Materie gefunden, die nicht in das bisher bekannte Schema passe. „Es handelt sich um neue, exotische Materie“, erklärt Wiedner, der Inhaber des RUB-Instituts Experimentalphysik I ist. Er selbst ist seit seiner Professur im schwedischen Uppsala Teil des Projekts und brachte es so nach Bochum. 

Ein weiterer Fund betrifft die Teilchen, die für die Wechselwirkung zwischen den einzelnen Quarks verantwortlich sind. Diese sogenannten masselosen Gluonen, die der englischen Übersetzung entsprechend Träger dieser starken Wechselwirkung sind, können selbst massive Teilchen, die Gluebälle bilden: „Es ist das erste Mal, dass masselose Teilchen zusammenkommen und massive Teilchen bilden und gleichzeitig eine wunderbare Bestätigung, dass unser Bild der starken Wechselwirkung mit Quarks und Gluonen als Austauschteilchen korrekt ist“, erläutert Wiedner. 

Zukunftsaussichten

Das Experiment ist bereits das dritte am Physik-Detektor des Standorts Peking und läuft noch bis 2022. Bis dahin sollen laut Wiedner weiter Daten erhoben und weitere Teilchen mit „ungewöhnlichen Eigenschaften“ gesucht werden. Parallel entstehen ein neuer Detektor namens PANDA in Deutschland sowie das Forschungszentrum FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) in Darmstadt. PANDA wurde von der RUB initiiert und dient zur Fortsetzung der Pekinger Experimente, „allerdings mit deutlich erweiterten und verbesserten Möglichkeiten“. Beobachtet werden soll dann die Vernichtung von Antiprotonen mittels Protonen.

Wichtige Einzelteile für diesen Detektor werden aktuell in Bochum entwickelt und gebaut. Eines davon ist ein Kristallkalorimeter, was der Messung von Gammastrahlung dient und mehrere Millionen Euro kostet.            

:Andrea Lorenz