Die “fünfte Kraft” ist wieder mal kurz davor entdeckt zu werden. Das klingt schön mysteriös, ist in diesem Fall aber zur Abwechslung mal keine Pseudowissenschaft sondern echte Physik. Wenn auch vielleicht nicht so spektakulär wie manche Medienberichte es darstellen. Eine ausführliche Erklärung dessen worum es geht kann man nebenan bei Martin Bäker nachlesen; ich möchte die ganze Sache hier noch einmal kurz aktualisieren und zusammenfassen.

Die ganze Geschichte hat 2015 im ungarischen Debrecen begonnen. Damals veröffentlichten Attila Krasznahorkay und seine Kollegen vom Atomki Institut eine Arbeit zur Untersuchung des Zerfalls von Beryllium-Atomen. Mit den bestehenden Modellen der Teilchenphysik kann man solche Prozesse sehr gut vorhersagen. Und wenn die Vorhersagen dann nicht mit den Messergebnissen übereinstimmen, wird es spannend. Denn das kann bedeuten, dass man etwas entdeckt hat von dessen Existenz man vorher nichts wusste. Genau das haben Krasznahorkay und seine Kollegen damals behauptet und ich habe in meinem Blog auch darüber berichtet. In diesem Fall gab es dann aber schnell Hinweise, dass es sich eher doch um nicht sorgfältig genug durchgeführte Experimente anstatt neuer Physik handelt.

Emblem der “Fifth Air Force” (Ja, was weiß ich denn wie man diesen Artikel vernünftig bebildern soll!!!)

Ganz simpel gesagt geht es um folgende Situation: Wir beschreiben die Wechselwirkung zwischen den Grundbausteinen der Materie derzeit durch vier unterschiedliche Kräfte. Neben der schwachen und der starken Kernkraft, die nur innerhalb der Atome selbst wirken, gibt es auch noch die Gravitationskraft und die elektromagnetische Kraft die man braucht um zu erklären wie die Materie auf größeren Maßstäben funktioniert. Mit diesen vier Kräften lassen sich alle bisher bekannten und beobachteten Phänomene erklären. Beziehungsweise sind es eigentlich fünf Kräfte, denn seit 2012 wissen wir ja auch von der Existenz des Higgs-Teilchens, das ebenfalls eine Kraft vermittelt die – vereinfacht gesagt – dafür verantwortlich ist, dass die Elementarteilchen eine Masse haben (was bedeutet, dass es bei der “fünften Kraft” eigentlich um die “sechste Kraft” geht, aber das ignorieren wir jetzt mal).

Wir wissen aber, dass es noch einige offene Fragen in der Teilchenphysik gibt. Wir wissen noch nicht, wie die Gravitationskraft mit den drei anderen Kräfte auf der Ebene der Elementarteilchen zusammenwirkt. Wir wissen noch nicht, wie Neutrinos genau funktionieren. Wir wissen noch nicht, woraus die dunkle Materie besteht und was dunkle Energie ist. Und so weiter – kurz gesagt: Wir wissen, dass uns in unserem Modell der Teilchenphysik irgendetwas fehlt. Es ist also nicht unplausibel, dass da noch unbekannte Teilchen zu entdecken sind und eben auch unbekannte Kräfte die zwischen den Teilchen wirken.

Die ungarischen Forscher waren der Meinung, ihre Beobachtung des Zerfalls von Beryllium-Atomen würde Hinweise zeigen, die auf die Existenz genau so einer bisher unbekannten Kraft hindeuten. Und haben das in einer kürzlich veröffentlichen Arbeit ein weiteres Mal behauptet. Die trägt den Titel “New evidence supporting the existence of the hypothetic X17 particle” und jetzt fragen sich natürlich alle: Was ist ein “X17 Teilchen”?

Die Kurzversion: Der Atomkern eines Beryllium-8-Atoms ist radioaktiv. Das heißt er zerfällt und dabei werden ein Elektron und ein Positron erzeugt. Die sollten sich nach dem Zerfall in etwa in die gleiche Richtung bewegen. Was sie aber in den Experimenten von Krasznahorkay und seinen Kollegen überraschend oft nicht getan haben. Sondern in einem Winkel von 140 Grad auseinander geflogen sind. Das kann, so die Hypothese, passieren, wenn das Beryllium nicht sofort ein Elektron-Positron-Paar produziert sondern zuvor ein anderes Teilchen. Das ist aber ebenfalls instabil und erst wenn dieses unbekannte “X”-Teilchen zerfällt, kriegt man die Elektronen und Positronen die man beobachten kann. Die Energie, die im X-Teilchen steckt wird auf Elektronen und Positronen übertragen weswegen die sich in unterschiedliche Richtungen fortbewegen. Damit das alles funktioniert muss das X-Teilchen eine Masse von 17 Mega-Elektronenvolt haben und darum hat man es “X17-Teilchen” genannt. In der neuen Arbeit haben Krasznahorkay und seinen Kollegen sich jetzt ähnliche Zerfallsprozesse bei anderen Atomen angesehen und kamen zu dem Schluss, das auch hier die Existenz des X17-Teilchens die Ergebnisse erklären können.

Debreziner! Vielleicht bald nicht mehr das einzige wofür Debrecen weltweit bekannt ist… (Bild: El bes, CC-BY-SA 3.0)

Aber nur weil es einen Namen hat muss es deswegen noch lange nicht existieren. Die Arbeit von Krasznahorkay und seinen Kollegen aus Debrecen ist bis jetzt nur als Vorabdruck erschienen, also noch nicht von anderen Expertinnen und Experten geprüft worden. Und selbst wenn, dann müssen die Ergebnisse immer noch anderswo unabhängig bestätigt werden. Die haben früher schon stattgefunden, zum Beispiel am Europäischen Kernforschungsinstitut CERN und man hat dabei nichts gefunden. Sergei Gninenko vom NA64-Experiment am CERN (wo man im letzten Jahr keine Hinweise auf X17 gefunden hat) will die Existenz des Teilchens prinzipiell nicht ausschließen, sagt aber auch, dass man den Detektor ein wenig aufmotzen muss um wirklich sicher sein zu können ob es das Ding gibt oder nicht. Das sollte auch ein weiters Experiment am CERN schaffen können; der LHCb-Detektor, zu dem der theoretische Physiker Jesse Thaler sagt:

“By 2023, the LHCb experiment should be able to make a definitive measurement to confirm or refute the interpretation of the Atomki anomalies as arising from a new fundamental force.”

Es wird also noch ein wenig dauern bis wir Bescheid wissen. Es gibt einige Gründe die dafür sprechen etwas zurückhaltend zu sein was die Vorfreude angeht. Aber so oder so: Wir werden Bescheid wissen. Und irgendwo muss die Natur ja noch das eine oder andere unbekannte Teilchen versteckt haben! So lange wir das nicht gefunden haben, werden die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auch keine Ruhe geben…

Kommentare (19)

  1. #1 Kerberos
    3. Dezember 2019

    “”Der Atomkern eines Beryllium-8-Atoms ist radioaktiv. Das heißt er zerfällt und zwar in ein Elektron und ein Positron. D””

    Und der Rest?
    Kerberos

  2. #2 frater mosses von lobdenberg
    http://burg-augenglas.org/hof_2009/IMAG0076.JPG
    3. Dezember 2019

    Beryllium-8 ist radioaktiv, aber es zerfällt nicht (nur) in ein Elektron und ein Positron. Wenn ich das bei Bäker richtig verstanden habe, kommt das hier wichtige e^-/e^+-Paar noch nicht mal aus dem Zerfall, sondern aus der An­re­gungs­ener­gie, die bei der Erzeugung des Be-8 durch Protonenbeschuss übrig bleibt.
    Korrekt?

  3. #3 Weihnachtsbote
    3. Dezember 2019

    Be 8 hat eine Halbwertszeit von 10 hoch minus 17 Sekunden. Vielleicht kommt daher der Name X 17 ?
    Vermutlich zerfällt es in zwei He 4 Kerne.

  4. #4 Karl-Heinz
    3. Dezember 2019

    @Weihnachtsbote

    Halbwertszeit von Be 8 ist 8.19(37)×10−17 s.
    Wie kommst du auf 10 hoch minus 17 Sekunden, du Krampus?

  5. #5 Florian Freistetter
    3. Dezember 2019

    @Bote: Woher der Name kommt hab ich im Artikel geschrieben…

  6. #6 Mirko
    3. Dezember 2019

    @FF: Danke für den Artikel! Hatte schon auf eine seriöse Erklärung für die news in den nicht-wissenschaftlichen Medien gewartet.

  7. #7 MartinB
    3. Dezember 2019

    @frater mosses von lobdenberg
    Be-8 angeregt sendet ein Gamma-Quant (oder eben ein X17) aus (und bleibt dabei Be-8, nur jetzt nicht mehr angeregt), und das zerfällt dann in ein e+/e-, so isses.

  8. #8 Weihnachtsbote
    3. Dezember 2019

    Karl-Heinz,
    ich kenne nur Krampen, das sind die Dinger in der Form eines umgedrehten U .
    Anmerkung :” In der Adventszeit soll man brav und fromm bleiben, sonst bringt dir der Nikolaus nur die Rute.

    Florian
    “Der heilige Florian war Offizier der römischen Armee und Oberbefehlshaber einer Einheit zur Feuerbekämpfung. Er wird in der katholischen und orthodoxen Kirche gleichermaßen verehrt.”
    Anmerkung: Ich hab’s im Artikel nicht gefunden !

  9. #9 knorke
    3. Dezember 2019

    Was mir nicht ganz klar ist: Aus dem CERN heißt es, der Detektor müsse dafür aufgemotzt werden aber in Debrecen, wo kein Raumschiff Enterprise dieser Größe im Boden verbuddelt wurde, detektiert man genug, um eine Veröffentlichung zu machen. Hab ich was verpasst oder reden die beiden von verschiedenen Methoden um dasselbe Phänomen zu finden?

  10. #10 awmrkl
    3. Dezember 2019

    @laberkopf (wär ein passender endgültiger Nick)
    “Ich hab’s im Artikel nicht gefunden”

    aus dem Artikel:
    “… muss das X-Teilchen eine Masse von 17 Mega-Elektronenvolt haben und darum hat man es “X17-Teilchen” genannt”

    Naja, nicht mal lesen ist drin …

  11. #11 schlappohr
    3. Dezember 2019

    Was mir in dem Artikel irgendwie fehlt, ist der Zusammenhang zwischen dem X17 und der neuen Kraft. Warum würde man aus der Existenz von X17 auf eine bisher unbekannte Naturkraft schließen?

  12. #12 Weihnachtsbote
    3. Dezember 2019

    awrmkl,
    super, ich weiß jetzt auch warum ich das überlesen habe. Bei mir ist an der Stelle eine Werbeseite mit Frankfurter Würstchen und Debreziner.
    Im Übrigen verbiete ich mir diese dummen Beleidigungen.
    Dass du den Inhalt wiederholt hast, das rettet dich vor dem Adventskrampus.

  13. #13 Karl-Heinz
    3. Dezember 2019

    @Weihnachtsbote

    Also, es gibt ihn doch den Adventskrampus. 😉

  14. #14 Christian
    3. Dezember 2019

    Wenn es das X17-Teilchen wirklich geben sollte, wieso bedeutet das dann, dass es auch eine neue 5. (bzw. 6.) Kraft geben muss? Würde es nicht einfach „nur“ bedeuten, dass man ein neues Elementarteilchen entdeckt hat?

  15. #15 Knecht Ruprecht
    3. Dezember 2019

    Mir ist zu Ohren gekommen, dass hier einige Kinder sehr unartig waren.

  16. #16 Weihnachtsbote
    4. Dezember 2019

    Karl-Heinz,
    der Adventskrampus besteht zu 0,1 % aus X-17 und zu 5% aus He und man sagt ihm 5 Kräfte nach. He-man gehört auch zu dieser Gattung.

    Belzenickel,
    sehr sehr unartig , einer hat sogar Be mit Ra gemischt.

  17. #17 René
    Halle
    5. Dezember 2019

    Ja der Zusammenhang X17 – neue Kraft kommt tatsächlich hier nicht raus, sondern nur, wenn man den Artikel von Martin vorher gelesen hat. Dazu hätte es einen weiteren Satz im Artikel sowas wie “Da alle baryonischen Elementarteilchen wie Elektronen Neutronen etc. immer einen Spin von 3/2 oder 1/2 haben, X17 aber einen ganzzahligen Spin (0 oder 1) haben muss gehört X17 nicht zu den Baryonen, sondern zu den Bosonen, welche für die Übermittlung von Kräften zuständig sind.” gebraucht. Wäre tatsächlich eine sinnvolle Ergänzung gewesen. Dennoch danke für die Wissenserweiterung. Von X17 hatte ich bis zum heutigen Tag tatsächlich noch nichts gehört.

  18. #18 Captain E.
    5. Dezember 2019

    @René:

    Tja, und? Zwar sind meines Wissens nach alle Austauschteilchen Bosonen, aber nicht alle Bosonen sind Austauschteilchen.

  19. #19 Jan
    5. Dezember 2019

    @René:
    Das klingt ein bisschen missverständlich, denn es suggeriert dass Bosonen und Baryonen ein Gegensatzpaar wären und dass alle Teilchen entweder Bosonen oder Baryonen wären. Das ist nicht der Fall. Der Gegensatz zu Bosonen sind Fermionen. Baryonen sind eine bestimmte Kategorie von Fermionen (solche, die aus drei Quarks bestehen).

    @Captain E.:
    Alle elementaren Bosonen sind Austauschteilchen (evtl. mit Ausnahme des Higgs, aber ein Materieteilchen ist das sicher auch nicht).