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Am CERN: Physiker erschaffen im Teilchenbeschleuniger seltsame Materie

Bei ihren Forschungen am Teilchenbeschleuniger des CERN entdeckten Wissenschaftler*innen eine als „seltsame Materie“ bekannte Substanz.

KI-Bild des Teilchenbeschleuniger des CERN.
u00a9 PaulShlykov - stock.adobe.com

Was sind Gravitationswellen?

Albert Einstein stellte mit seiner allgemeinen Relativitätstheorie unser Verständnis von Physik auf den Kopf. Demnach krümmen schwere Objekte im Universum die Raumzeit.

Zwischen 2016 und 2018 erzielte der Teilchenbeschleuniger des Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (CERN) bedeutende Fortschritte und entdeckte eine bisher unbekannte Art von Teilchen: die Hypernuklei. Diese besonderen Atomkerne zeichnen sich durch einen ungewöhnlichen Quark-Flavor aus, der sie von den traditionellen Kernen unterscheidet. Im Gegensatz zu den normalen Kernen, die hauptsächlich aus Protonen und Neutronen bestehen, welche wiederum aus den herkömmlichen Quarks zusammengesetzt sind, verfügen Hypernuklei über diesen speziellen Quark-Flavor.

Teilchenbeschleuniger gibt Hinweis auf Hypernuklei

Hypernuklei, wie das Hypertriton, enthalten Hyperonen und bringen seltsame Quarks in die Mischung ein. Ihre Erforschung ist nicht nur eine Frage der Neugierde; diese Teilchen haben potenziell eine astrophysikalische Bedeutung. Einige Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler glauben, dass Neutronensterne, Überbleibsel von Supernovae, Hyperonen in ihren unglaublich dichten Kernen beherbergen könnten.

Ein Hypernukleus ist ein spezieller Atomkern, der neben den üblichen Protonen und Neutronen auch Hyperonen enthält, Baryonen, die mindestens ein Strange-Quark enthalten. Diese besondere Zusammensetzung bietet Forschenden die Möglichkeit, die starke Wechselwirkung in einem von normalen Atomkernen abweichenden Kontext zu untersuchen.

Der Large Hadron Collider (LHC) hat im Rahmen der LHCb-Kollaboration keine Hypertritonen oder Antihyperonen direkt entdeckt, sondern die aus ihrem Zerfall resultierenden Teilchen. Diese instabilen Teilchen zerfallen und erzeugen eine Kaskade leichterer Teilchen, darunter das Antiproton und ein Quark-Antiquark-Duo namens Pion. Das Antiproton bleibt gefangen, während das Pion entweicht, was zur Bildung von Antihelium im Teilchenbeschleuniger führt.

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Fund könnte bisherige Erkenntnisse in Frage stellen

Mithilfe einer neuen Nachweismethode konnten die Forschenden diese Pionen und Helium- beziehungsweise Antihelium-Kerne in den Daten des LHC identifizieren. Diese Methode ermöglichte es ihnen, die Ursprünge des Zerfalls von etwa 61 Hypertritonen und 46 Antihypertritonen zurückzuverfolgen.

Vertreten durch Hendrik Jage präsentierte das Team seine Erkenntnisse im Rahmen der European Physical Society Conference on High Energy Physics (EPS-HEP Conference 2023). Diese Entdeckung hat bedeutende astrophysikalische Auswirkungen. Indem sie die Produktion und Vernichtung von Antihelium im Weltraum verstehen, können die Physiker bestimmen, wie viel von diesem Teilchen die Erde erreichen könnte.

Diese Erkenntnisse könnten den möglichen Nachweis von Antihelium im Jahr 2018 entweder bestätigen oder in Frage stellen. Über Hypertritonen hinaus bietet die neuartige Technik zum Nachweis von Helium die Möglichkeit, die Wechselwirkungen von Quarks innerhalb von Baryonen besser zu verstehen.

Quelle: CERN ;“Constraints on the antistar fraction in the Solar System neighborhood from the 10-year Fermi Large Area Telescope gamma-ray source catalog“ (Physical Review D, 2021)

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