Eines der Experimente am LHC, CMS, hat schon ein altbekanntes Teilchen wiederentdeckt: Das neutrale Pion π0. Aus den ersten Minuten an Daten haben sie es schnell rekonstruieren können. Das geschieht natürlich nur als Bestätigung, dass die Kiste auch so arbeitet wie man es sich denkt. Aus den früheren Kollision Ende letzten Jahres bei niedrigeren Energien konnte man es so finden.
Das sind jetzt auch die ersten Aufgaben des schnellen LHC: Die Teilchen wiederfinden, die man schon kennt. So erhält man noch mehr Vertrauen in die korrekte Funktion und bestätigt frühere Resultate (schließlich weiß man ja eigentlich nicht, dass Pionen bei höheren Energien genau gleich entstehen, auch wenn das gewaltig unwahrscheinlich wäre).
Das π0 wurde zuerst 1950 von Bjorklund an einem Synchrozyklotron nachgewiesen. Das 184-inch-Synchrozyklotron in Berkeley arbeitete seit 1948 bei 350 MeV, ein direkter Vorfahr des Synchrotrons, dem Design das auch der LHC hat. 3 Jahre vorher hatte man die elektrisch geladenen Pionen entdeckt, theoretisch hatte sie Hideki Yukawa aber bereits 1935 vorgeschlagen als Träger der Kernkraft, die Atomkerne zusammenhält. Ich kann immer wieder nur staunen, wenn wie hier theoretische Physiker ganze 15 Jahre vor den Experimentalisten ein Teilchen vorhersagen!
Ein Pion ist das leichteste Meson. Mesonen sind aus nur zwei Quarks zusammengesetzt im Gegensatz zu den Baryonen. Da die sogenannte Farbladung aufgehen muss, muss es ein Quark und ein Antiquark sein. So erreicht man mit up-anti-up oder mit down-anti-down das neutral geladene π0, man schreibt es als Mischung dieser beiden Möglichkeiten hin.
Wie alles außer dem Proton ist das Pion nicht stabil und zerfällt in zwei Photonen. Wenn man die Masse dieser gleichzeitig ausgesandten Photonen aufaddiert, dann muss die invariante Masse des Pions, 116 MeV, herauskommen.
Et voila:
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