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Neues aus der Welt der Wissenschaft |
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Elementarteilchen mit schwankender Masse |
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| | | Nach theoretischen Berechungen unterscheiden sich die Massen mancher Partikel je nachdem, ob sie sich im leeren Raum oder im Atomkern befinden. Japanische Forscher haben nun Belege für diesen Effekt bei einem speziellen Teilchen, dem so genannten Phi-Meson gefunden. |
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Die Ergebnisse versprechen neue Einsichten, wie die Massen größerer Partikel im Zusammenspiel von Quarks und Kraftfeldern entstehen, berichtet ein Team um R. Muto vom KEK Institute of Particle and Nuclear Studies in Tsukuba.
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"Evidence for in Medium Modification of the Phi Meson at Normal Nuclear Density" von R.Muto et al. wurde auf dem Preprintserver "arXiv" publiziert und wird demnächst in den "Physical Review Letters" erscheinen. |
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 Preprint bei arXiv |
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Masse entsteht aus Kernkräften |
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Die Elementarteilchen Baryonen und Mesonen bestehen aus Quarks. Ein großer Teil ihrer Masse entsteht allerdings durch die starke Kernkraft, die die Partikel zusammen hält. Ihre Masse ist offenbar mehr als die Summe ihrer Einzelteile.
Wie man seit Einsteins Spezieller Relativitätstheorie weiß, hängen die Energie von Teilchen und deren Masse unmittelbar zusammen. Außerhalb der Quantenwelt spielen derlei Effekte zwar keine große Rolle, aber anschaulich kann man sich das etwa so vorstellen: Ein gespanntes Gummiband wiegt geringfügig mehr als ein entspanntes.
Nicht unähnlich ist dies bei der starken Kernkraft, die mit zunehmenden Abstand wächst. Und je weiter von einander entfernt die Teilchen sind, umso schwerer werden sie auch.
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Veränderungen der Masse durch Interferenzen
Sind Baryonen und Mesonen sehr dicht beieinander, weisen sie nach Voraussagen der Theoretiker eine relativ geringe Masse auf. Da die Berechnungen derartiger Effekte allerdings sehr kompliziert sind und nicht ohne Näherungen auskommen, versuchten die Forscher rund um Muto dieses Phänomen nun experimentell nachzuweisen.
Die Ergebnisse der bisherigen Experimente mit so genannten Up- und Down-Quarks führten zu widersprüchlichen Ergebnissen. Deswegen wählten die Forscher am KEK Institute of Particle and Nuclear Studies in Tsukuba einen neuen Teilchentypus für die Messungen, so genannte Phi-Mesonen, die aus einem Strange-Quark und einem Anti-Strange-Quark bestehen. |
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Strange-Quark (Wikipedia) |
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Kollisionen setzen Partikel frei |
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Für das Experiment feuerte der Teilchenbeschleuniger Protonen auf Ziele aus Kupfer oder Kohle. Die Kollisionen mit dem Kern erzeugten Partikelschauer, unter anderem Phi-Mesonen. Diese zerfielen sehr schnell, oft bevor sie den Kern, in dem sie entstanden waren, verlassen hatten. Dabei gaben sie Elektron-Positron-Paare oder andere Partikel ab.
Um die Masse der so erzeugten Phi-Mesonen festzustellen, maßen die japanischen Forscher die Energie dieser Paare.
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Deutliche Hinweise auf Massereduktion |
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Über hunderttausend Kollisionen lieferten deutliche Hinweise auf eine Massenveränderung, nämlich um 3,4 Prozent, welche auch die theoretischen Berechnungen ergeben hatten.
Die Masseverteilung des Phi-Mesons im größeren Kupferkern unterschied sich von jener im kleineren Kohlekern, da die Teilchen dem kleineren Kern schneller entkommen konnten, bevor sie zerfielen. Diese klare Differenz war bei früheren Versuchen mit anderen, kurzlebigeren Mesonen nicht sichtbar.
Die Veränderungen der Masse in unterschiedlichen Mesonen entspricht laut den Forscher ebenfalls den theoretischen Erwartungen. Insgesamt wird dadurch klarer, wie die Bindung von Quarks die Masse von Baryonen und Mesonen bestimmt.
[science.ORF.at, 17.1.07]
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01.01.2010 |
