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Meilenstein der Teilchenphysik im CERN erreicht

Nach 50 Jahren der Forschung wurde die Existenz des flüchtigen subatomaren Quasiteilchens namens Odderon nachgewiesen.

Grundlagenforschung

Für die meisten von uns sind physikalische Begriffe wie Odderon fest im Bereich der Science Fiction angesiedelt – und werden dort auch bleiben. Doch nicht für die Wissenschaft, deren entschlossene Mitglieder für nahezu ein halbes Jahrhundert (ohne große Erfolge) nach diesem mythischen Teilchen suchten. Jetzt hat ein Forschungsteam, das auch Mitglieder aus Ungarn und Schweden umfasst, das Odderon durch eine Analyse experimenteller Daten des Large Hadron Collider (LHC) an der Europäischen Organisation für Kernforschung in der Schweiz, bekannt als CERN, entdeckt. Mit Unterstützung des EU-finanzierten Projekts MorePheno (Collider Phenomenology and Event Generators) haben die Forschenden eine wissenschaftliche Publikation über ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift „The European Physical Journal C“ veröffentlicht. Es begann alles 1973, als aufgrund von Berechnungen die Theorie aufgestellt wurde, dass es ein bisher unbekanntes subatomares Quasiteilchen geben könnte. Damit brach die internationale Jagd nach dem Odderon an. Wie in einem Artikel auf der Website „SciTechDaily“ beschrieben wird, entsteht ein Odderon, „wenn sich Protonen bei hochenergetischen Kollisionen nur streifen und verstreuen, anstatt zu zerschlagen“. Um die Existenz dieses bisher mythischen Teilchens nachzuweisen, verwendeten die Forschenden detaillierte Messungen hochenergetischer Kollisionen, die mit dem LHC erreicht wurden, dem weltweit größten und leistungsstärksten Teilchenbeschleuniger.

Nachweis des Odderons

Auf ihrer Suche nach dem Odderon konzentrierten sich die Forschenden am CERN auf Hadronen, eine Familie subatomarer Teilchen, zu denen auch Protonen und Neutronen gehören. Hadronen bestehen aus zwei oder mehr Quarks, die von Grundbausteinen namens Gluonen zusammengehalten – oder geklebt – werden. Während bisher nur der Austausch einer geraden Zahl von Gluonen zwischen Protonen beobachtet werden konnte, würde eine ungerade Zahl – ein drei-Gluonen-Status – die Existenz eines Odderons beweisen. Die Forschenden führten umfassende Analysen elastischer hochenergetischer Kollisionen zwischen Protonen miteinander (pp) sowie zwischen Protonen mit Anti-Protonen (pp¯) durch. Sie untersuchten die Skalierungseigenschaften der Daten vom ISR und dem Tevatron-Beschleuniger, zusammen mit Datensätzen von der TOTEM-Kollaboration bei Energien im Bereich der Teraelektronenvolt (TeV). „Über eine Umstellung der pp-Daten der TOTEM von √s = 7 TeV auf 2,76 und 1,96 TeV und den Datenvergleich bei 1,96 TeV bieten unsere Ergebnisse den Nachweis eines T-Kanal-Odderon-Austauschs bei Energien im TeV-Bereich mit einer Signifikanz von mindestens 6,26 Sigma“, wird in der Studie erklärt. „Das ist ein Meilenstein der Teilchenphysik! Es fühlt sich fantastisch an, zu unserem Verständnis von Materie beizutragen; den fundamentalen Bausteinen unserer Welt“, berichtet der Mitautor der Studie Roman Pasechnik von der Universität Lund, Schweden, dem Projektkoordinator von MorePheno, in dem Artikel. Das Projekt MorePheno lief vom November 2015 bis Oktober 2020. Das Ziel des Projekts war die Durchführung von Pionierforschung, die direkte Implikationen für Ereignisgeneratoren haben würde – Softwarebibliotheken, die hochenergetische Ereignisse der Teilchenphysik erzeugen, ähnlich derer, die in Experimenten mit Teilchenbeschleunigern erzeugt werden. Roman Pasechniks abschließender Kommentar bestätigt den Erfolg: „Wir haben mit einigen der besten Leuten in der Teilchenphysik der Welt zusammengearbeitet. Sie waren erstaunt, als wir unsere Ergebnisse veröffentlichten.“ Weitere Informationen: MorePheno-Projekt

Schlüsselbegriffe

MorePheno, Odderon, LHC, Large Hadron Collider, CERN, Europäische Organisation für Kernforschung, Quasiteilchen, Physik

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26 Mai 2021