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Hochenergiephysik: Neuer Exot im Teilchenzoo

In aller bisher bekannten Materie verbanden sich immer nur zwei oder drei der Quarks genannten Elementarteilchen. Kompliziertere Gebilde waren rein theoretische Kuriositäten – bis Physiker nun ein Teilchen aus vier Quarks fanden.
Aufbau von Hadronen aus Quarks and Antiquarks

Die gewöhnlichen Atome um uns herum bestehen aus Atomkernen und Elektronen. Die Elektronen gehören nach heutigem Verständnis bereits zu fundamentalen, nicht weiter teilbaren Bausteinen. Die Kerne setzen sich aus Protonen und Neutronen zusammen, in denen wiederum kleinere Teilchen aneinandergebunden sind – die "Quarks". Bei diesen konnten Forscher bisher keine weitere Struktur entdecken, Quarks gehören daher offenbar genau wie die Elektronen zu den kleinsten Bausteinen der Materie.

Teilchenphysiker kennen sechs verschiedene Sorten dieser Quarks mit den Namen up, down, strange, charm, bottom und top, abgekürzt mit den Buchstaben u, d, s, c, b und t. Wie auch das Elektron tragen Quarks eine elektrische Ladung, allerdings beträgt sie immer nur ein oder zwei Drittel der Elektronenladung. Bei Atomkern und Elektron sorgt die elektrische Anziehung dafür, dass sich Atome bilden können. Komplizierter ist es bei den Quarks: Der Grund dafür, dass sich mehrere von ihnen beispielsweise zu Neutronen und Protonen verbinden können, ist nämlich nicht die elektromagnetische Kraft zwischen den Quarks, sondern die "starke Kernkraft". Quarks tragen als Quelle dieser Kraft eine so genannte starke Ladung. Sie heißt auch Farbladung – und die Theorie, welche diese Wechselwirkung beschreibt, Quantenchromodynamik (QCD). ...

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Spektrum der Wissenschaft – Was die Welt zusammenhält – Die Entschlüsselung der starken Kernkraft

Die starke Kernkraft bindet Protonen und Neutronen aneinander und führt so zu stabilen Atomkernen. Doch wie groß ist die stärkste aller Kräfte wirklich? Nach jahrzehntelangen Bemühungen haben Physiker den Wert nun berechnet und mit Experimenten verifiziert. Außerdem im Heft: Die Dunkle Energie bewirkt, dass sich unser Universum beschleunigt ausdehnt, gilt aber selbst als konstant. Doch es gibt erste Hinweise, dass sie mit der Zeit schwächer wird. In der Medizin haben die ersten Studien zu mRNA-Impfungen gegen Krebs viel versprechende Ergebnisse. Daneben berichten wir über Papageien, die sich weltweit ausbreiten und sich auch in Deutschland entlang des Rheins wohl fühlen. Was ist das Erfolgsrezept der intelligenten Vögel?

Spektrum Kompakt – Rätsel der Teilchenphysik

Das Standardmodell sollte das Universum erklären, doch manche Fragen bleiben offen. Um Antworten zu erhalten, werden aufwändige Untersuchungen durchgeführt: zu der Masse von Neutrinos, dem Rätsel der Dunklen Materie und warum sich Materie über Antimaterie durchsetzte.

Spektrum der Wissenschaft – Vom Quant zur Materie

In den letzten Jahrzehnten haben sich Quantenfeldtheorien durchgesetzt, um grundlegende physikalische Phänomene unseres Universums zu erklären. Aber nicht alle physikalischen Effekte lassen sich damit erklären. Manche Erscheinungen lassen sich nicht stimmig in das Standardmodell der Teilchenphysik integrieren. Das reicht von subtilen Effekten wie der Tatsache, dass Neutrinos sich ineinander umwandeln bis hin zur auf großen Skalen wirkenden Schwerkraft. »Vom Quant zur Materie« stellt die subatomaren Spielregeln der Teilchenphysik vor und erklärt deren Bausteine. Wir berichten beispielsweise, wie sich Atome mit Lichtpulsen manipulieren lassen, ob es eine vierte Variante von Neutrinos gibt, und stellen kompakte Plasmabeschleuniger vor.

  • Quelle

Aaij, R. et al. (LHCb Collaboration):Observation of the Resonant Character of the Z(4430) State. In: Physical Review Letters 112, 222002, 2014

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