Der Teilchenbeschleuniger LHC macht noch Pause. Seit Dezember 2012 ist er abgeschaltet, damit er gründlich gewartet und erweitert kann. Aber im März wird er wieder eingeschaltet und dann soll er auch mit voller Stärke laufen. Kollisionen zwischen Teilchen werden dort bei Energien stattfinden, die bis jetzt noch in keinem Beschleuniger erreicht wurden (und nein, das ist nicht gefährlich). Die Wissenschaftler erhoffen sich, nun endlich auch etwas wirklich Neues zu finden. Mit der Entdeckung des Higgs-Teilchens hat man das Pflichtprogramm ja schon erfolgreich absolviert und die dafür zu erwartenden Nobelpreise bekommen. Aber der LHC ist mehr als nur eine “Higgs-Maschine”. Die riesige Maschine wurde ja nicht nur gebaut, um die bestehenden Vorhersagen zu bestätigen, sondern komplett neue Phänomene zu entdecken. Zum Beispiel angeregte Quarks: Sie wären ein Hinweis auf die Existenz neuer Elementarteilchen!
Bis jetzt geht man davon aus, dass Quarks fundamentale Bausteine der Materie sind. Jedes Atom hat einen Atomkern aus Protonen und Neutronen und jedes Proton oder Neutron besteht aus drei Quarks. Darunter kommt nichts mehr – zumindest nichts, von dem die Wissenschaftler wissen. Es wäre natürlich möglich, dass auch die Quarks selbst wieder nur aus anderen Teilchen zusammengesetzt sind. Und wenn das so ist, könnte das schon bald am LHC nachgewiesen werden.
Die dafür vorgesehene Methode hat mit der Anregung von Teilchen zu tun. Bei den normalen Atomen ist das ein gut verstandener Vorgang. Trifft Licht mit der richtigen Energie auf die Elektronen in der Hülle eines Atoms, dann können die Energie aufnehmen und werden angeregt. Sie werden – im klassischen Bild – auf einen höheren Orbit gehoben. Dort bleiben sie aber nicht für immer, sondern geben die aufgenommene Energie irgendwann wieder ab um in den Grundzustand zurück zu kehren. Das Elektron sendet die Photonen wieder aus und leuchtet. Viele natürliche und künstliche Lichtquellen funktionieren nach genau diesem Prinzip. Aber nur, weil das Atom eben zusammengesetzt und da etwas ist, das angeregt werden kann.
Ist auch das Quark kein fundamentales Teilchen, muss es sich auch anregen lassen. Nicht mit Photonen, aber mit Gluonen, den Teilchen, die für den Zusammenhalt der Quarks sorgen, damit sie Protonen und Neutronen bilden können. Im LHC kollidieren Protonen miteinander. Protonen, die aus drei Quarks bestehen und von Gluonen zusammengehalten werden. Findet diese Kollision bei der richtigen Energie statt (und ist das Quark zusammengesetzt), dann kann ein hypothetischer Bestandteil des Quarks durch das Gluon angeregt werden. Es wird dann natürlich auch wieder in den Grundzustand übergeben. Das zuvor aufgenommene Gluon wird wieder ausgestrahlt und Quark und Gluon machen sich in unterschiedliche Richtungen davon. Es entsteht ein sogenannter “Dijet”, also zwei Teilchenspuren, die in entgegengesetze Richtungen führen.
Dieser Effekt würde sich mit den Detektoren des LHC nachweisen und auf die Existenz angeregter Quarks zurückführen lassen. Wenn die Quarks tatsächlich keine fundamentalen Teilchen sind, könnte das relativ bald nach Inbetriebnahme des renovierten Beschleunigers festgestellt werden. Oder vielleicht auch nicht. Vielleicht sind die Quarks ja auch fundamental. Aber dann wird der LHC mit Sicherheit etwas anderes finden, von dem wir noch nicht wissen. Bis jetzt hat uns die Natur noch immer überrascht, wenn wir sie auf eine neue Weise betrachtet haben…
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