Forschenden am Cern ist der Nachweis eines neuen Teilchens geglückt. Seine Existenz wurde theoretisch vorhergesagt, aber jahrelang hatten Wissenschaftler ein solches Teilchen aus zwei schweren Quarks und einem leichten vergeblich gesucht.

Bei dem neu beobachteten Teilchen mit der Bezeichnung «Xi cc ++» handelt es sich um ein besonders schweres Baryon, wie das Cern am Donnerstag mitteilte. Baryonen machen fast die gesamte Materie um uns herum aus. Die bekanntesten Vertreter dieser Teilchenfamilie sind Protonen und Neutronen, Bestandteile des Atomkerns.

Alle Baryonen bestehen aus drei Elementarteilchen, Quarks genannt. Von den Quarks gibt es sechs Typen, die in unterschiedlichen Kombinationen zu Baryonen zusammengesetzt sein können. Allerdings wurde bisher kein Baryon nachgewiesen, das mehr als ein schweres Quark enthielt.

Erstes doppelt schweres Baryon

Nun ist das jedoch geglückt: An der «EPS Conference on High Energy Physics» in Venedig stellten die Cern-Forschenden des LHCb-Experiments am Donnerstag ihren Nachweis des «Xi cc++»-Teilchens vor, das aus zwei schweren «Charm-Quarks» und einem «Up-Quark» besteht. Die «Charm-Quarks» machen seine Masse fast vier Mal grösser als die eines Protons, schrieb das Cern.

«Anders als bei anderen Baryonen, in denen die drei Quarks einen raffinierten Tanz umeinander ausführen, erwarten wir von einem doppelt schweren Baryon eher das Verhalten eines Planetensystems», erklärte Guy Wilkinson, früherer Sprecher des LHCb-Konsortiums. In diesem Fall spielten die beiden schweren Quarks die Rolle eines Doppelsterns und drehten sich umeinander, während das leichtere Quark um dieses Doppelsystem kreise.

Zerfallsprodukte identifiziert

Der Nachweis von «Xi cc++» gelang, indem die Forschenden seine charakteristischen Zerfallsprodukte im LHCb-Detektor des Large Hadron Collider (LHC), dem Teilchenbeschleuniger des Cern, identifizierten. Ihren Fachartikel haben die Wissenschaftler beim Magazin «Physical Review Letters» eingereicht. Weitere Messungen an «Xi cc++» sollen das Verhalten dieser zuvor nie beobachteten Quark-Kombination klären helfen.

Dadurch hoffen die Forschenden, die Vorhersagekraft ihrer Theorien zu verbessern, insbesondere die über starke Wechselwirkungen, eine der vier Fundamentalkräfte der Physik, wie der neue LHCb-Sprecher Giovanni Passaleva erklärte. Zudem hoffen die Cern-Physikerinnen und -Physiker, nun auch weitere Baryonen mit zwei schweren Quarks aufspüren zu können.

Fünf Jahre Higgs-Boson

Die Bekanntgabe des neuen Teilchens kommt fast genau fünf Jahre, nachdem das Cern den Nachweis des Higgs-Boson verkündet hatte: Am 4. Juli 2012 präsentierten die Forschenden den experimentellen Beleg für das auch als «Gottesteilchen» bezeichnete Higgs-Boson. 2013 erhielten Peter Higgs und François Englert den Nobelpreis für die Vorhersage des Teilchens. Weil die naturwissenschaftlichen Nobelpreise nur an Personen und nicht an Organisationen vergeben werden, ging das Cern leer aus.

Mit dem sogenannten Higgs-Mechanismus wird im Standardmodell der Elementarteilchen-Physik erklärt, wie die Teilchen – also die Grundbausteine der Materie – ihre Masse erhalten.

SDA/rub