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Teilchen bestehen ausschließlich aus Kraft

Illustration der Teilchenkollision. Bildnachweis: Erstellt durch künstliche Intelligenz.

Das Standardmodell der Teilchenphysik ist die grundlegende Theorie, die unser Verständnis der fundamentalen Kräfte und Teilchen, aus denen das Universum besteht, elegant zusammenfasst. Betrachten Sie es als eine Art Periodensystem der Teilchenphysik. Dieses Modell klassifiziert alle bekannten subatomaren Teilchen, darunter sechs Arten von Quarks, sechs Arten von Leptonen (wie das Elektron) und krafttragende Teilchen wie Photonen für den Elektromagnetismus, Gluonen für die starke Kraft und W- und Z-Bosonen für die schwache Kraft Gewalt. .

Protonen und Neutronen gehören nicht zum Standardmodell, da es sich um größere Teilchen handelt, die aus Quarks bestehen. Alle größeren Teilchen und alle Materie bestehen nur aus Quarks und Leptonen.

Unter den vielen vom Standardmodell vorhergesagten Teilchen gibt es einige exotische Teilchen, die noch nicht bestätigt wurden. Dazu gehören „Klebekugeln“ oder Partikelbündel, die vollständig aus Gluonen bestehen, den Partikeln, die die starke Kraft übertragen. Mit anderen Worten: Eine Klebekugel ist ein Teilchen, das vollständig aus Kraft besteht. Star Wars-Fans, freut euch!

Lassen Sie sich nicht von dem albernen Namen täuschen. Globals Sehr interessant – und trotz seiner schwer fassbaren Natur sind viele Teilchenphysiker davon überzeugt, dass es tatsächlich existiert. Kürzlich hat die jahrzehntelange Arbeit am Beijing Particle Collider möglicherweise endlich den ersten Beweis für die Existenz einer Klebekugel gefunden, eines neuen Teilchens namens X(2370), das aus einem bestimmten Mesonentyp, bekannt als J/ψ, zerfällt.

Ein Ball aus Kraft

Pekinger Spektrometerdetektor (Bild aus der BESIII-Kooperation)
Pekinger Spektrometerdetektor. Bildnachweis: BESIII-Kollaboration.

Der Hauptunterschied zwischen Leimkugeln und anderen Molekülen liegt in ihrer Struktur und den beteiligten Wechselwirkungen. In typischen Hadronen wie Protonen und Neutronen fungieren Gluonen als „Klebstoff“, der die starke Kraft zwischen Quarks vermittelt. Im Gegensatz dazu sind Leimkugeln reine Gluonenzustände, bei denen es sich im Wesentlichen um Ansammlungen miteinander verbundener Gluonen handelt. Diese Selbstinteraktion ist ein einzigartiges Merkmal, das sich aus der Fähigkeit von Gluonen ergibt, im Gegensatz zu anderen Kraftträgern wie Photonen im Elektromagnetismus miteinander zu interagieren.

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Das Aufspüren und Untersuchen von Leimkugeln ist schwierig, da man davon ausgeht, dass sie sich mit anderen Quark-haltigen Teilchen vermischen und in bekanntere Teilchen zerfallen, was sie für experimentelle Beobachtungen schwer fassbar macht.

Seit seiner Inbetriebnahme im Jahr 2008 hat das Beijing Spectrometer III – ein Teilchendetektionsexperiment am Electron-Positron Collider in Peking – 10 Milliarden J/ψ-Teilchenformereignisse aufgezeichnet. Dies sind einige der instabilsten Teilchen, die es gibt. Sie existieren nur für einen kurzen Moment, bevor sie in etwas anderes zerfallen, einschließlich des kürzlich identifizierten X(2370)-Teilchens.

X(2370) weist interessante Eigenschaften auf, die mit denen übereinstimmen, die von einer Klebekugel erwartet werden. Es weist keine elektrische Ladung, keine ungerade Wertigkeit und eine Masse auf, die im erwarteten Bereich für den leichtesten Kügelchenzustand liegt. Die Ergebnisse stimmen auch bemerkenswert gut mit den Vorhersagen der Quantenchromodynamik (QCD) überein, einer Rechenmethode, die erst vor Kurzem ausgereift genug ist, um solche exotischen Teilchen mit hoher Genauigkeit vorherzusagen.

Laut Forschern in China beträgt die statistische Signifikanz der Ergebnisse mehr als 5 Sigma. Dies bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit, dass es sich bei dem Messwert um eine zufällige statistische Anomalie handelt, nur bei 0,00006 % liegt.

Eine Illustration, wie dieses neue Teilchen entstand
Das J/ψ-Meson kann in ein Photon und ein Gluon zerfallen. Diese beiden Gluonen können sich dann zu einem vorübergehenden X(2370)-Teilchen verbinden. Bildnachweis: Physical Review Letters.

Weitere Studien sind erforderlich

Trotz dieser vielversprechenden Ergebnisse gibt es immer noch Gründe zur Vorsicht. Die Produktionsrate und die Verzweigungsverhältnisse von X(2370) entsprechen nicht genau den ursprünglichen Erwartungen. Es ist möglich, dass dieses Teilchen einen anderen exotischen Zustand darstellt, etwa einen Tetraquark, und nicht einen echten Klebstoffball, wie der Physiker und Wissenschaftsjournalist Ethan Siegel in einem Artikel feststellte. Großer Gedanke Zustand.

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„Allerdings gibt es Hunderttausende von Kompositpartikeln vom Typ A, die noch nie zuvor gesehen wurden. Es muss noch mehr Arbeit geleistet werden, um die vollständige Natur des Starts zu bestimmen.“ Natur, dann stimmt mit dem Standardmodell etwas Neues nicht, „Wenn es Leimkugeln gibt, könnte X(2370) das erste Objekt sein, das für die Menschheit entdeckt wurde“, schrieb Siegel.

Die neuen Ergebnisse erschienen in Briefe zur körperlichen Untersuchung.

Vielen Dank für Ihr Feedback!

Magda Franke

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