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Dresdner Physiker weisen Quark-Kräfte nach

Das 25 Meter hohe „Atlas“-Aggregat für die Higgs-Suche. Abb.: CERN

Das 25 Meter hohe „Atlas“-Aggregat. Abb.: CERN

Internationales Forscherkollektiv spürt im Rauschen der Weltantwortmaschine dem Armdrücken der schwachen Elementarkräfte nach

Dresden, 6. Juli 2018. Physiker haben „eine äußerst seltene Wechselwirkung zwischen Quarks entdeckt, die man mit winzigen Lichtschwertern vergleichen kann“. Das teilten Wissenschaftler der TU Dresden mit, die an dem Projekt beteiligt waren. Die Forscher hatten dafür dem Rauschen der „Weltantwortmaschine“ im europäischen Teilchenphysik-Zentrum Cern gelauscht und Experimental-Daten des dortigen Atlas-Detektors ausgewertet. Dieser riesige Sensor zeichnet auf, was passiert, wenn vergleichsweise schwere Teilchen wie etwa Protonen nahezu mit Lichtgeschwindigkeit zusammenstoßen.

Die 4 Elementarkräfte

Um den Hintergrund zu verstehen, muss man sich in Erinnerung rufen, dass das Standardmodell der Teilchenphysik nur vier Grundkräfte kennt:

  1. Die Gravitation: Durch sie ziehen sich massereiche Objekte im All wie beispielsweise Erde und Mond gegenseitig an. Sie wirkt auf große Distanzen.
  2. Die elektromagnetische Wechselwirkung: Ohne sie würden sich keine Elektromotoren drehen und keine Magnete anziehen. Sie wirkt auf mittlere Distanzen
  3. Die starke Wechselwirkung: Durch sie halten Atomkerne zusammen, obwohl die ja unter anderem aus positiv geladenen Protonen bestehen, die sich eigentlich abstoßen. Sie wirkt nur auf sehr kurze Distanzen.
  4. Die schwache Wechselwirkung: Sie sorgt zum Beispiel für radioaktiven Zerfall und spielt eine wichtige Rolle im Wechselspiel der allerkleinsten Teilchen, der Quarks. Auch sie wirkt nur auf sehr kurze Distanzen.

Schwache Wechselwirkung reicht nicht mal ein Proton weit

Die Forscher hatten sich eben diese „schwache Wechselwirkung“ vorgeknöpft. Diese Kraft reicht höchstens 0,1 Femtometer (Billionstel Millimeter) weit und wird durch sogenannte „W“- und „Z“-Teilchen übertragen. Anders als die neutralen Lichtteilchen (Photonen) haben diese sehr kurzlebigen Teilchen selbst eine schwache Ladung und können daher einander verdrängen – insofern wären sie viel eher Kandidaten für Strahlenschwerter als die Laserschwerter aus den „Starwars“-Filmen.

Haben jede Stein im Teilchenrauschen umgedreht

Und genau diese schwer nachweisbaren Störungen der schwachen Kraftboten untereinander hat das internationaler Physikerkollektiv nun dokumentieren können. Darunter waren auch Doktorandinnen des Instituts für Kern- und Teilchenphysik der TU Dresden. Unter den Aufzeichnungen von Billionen Protonen-Zusammenstößen suchten sie nach Spuren dieser Störungen. „Wir haben wir jeden Stein umgedreht, bis wir sicher waren, dass wir wirklich das entdeckt hatten, was wir suchten“, berichtete Doktorandin Stefanie Todt.

Letztlich hoffen die Forscher, über diese Analysen auf die Spur ganz neuer Teilchen zu kommen, die bisher noch nicht entdeckt worden sind.

Autor: Heiko Weckbrodt