Home News 30.01.2017

Baryonen brechen mit der Symmetrie

Baryonen brechen mit der Symmetrie

LHCb erklärt

Schematische Darstellung des LHCb-Detektors. Bild: CERN/LHCb

Die Forscher des LHCb-Experiments am Large Hadron Collider am CERN haben vielleicht ein neues Indiz dafür gefunden, dass es einen Unterschied beim Zerfall von Materie und Antimaterie gibt. So ein Unterschied würde erklären, warum im Universum die Materie die Überhand hat, obwohl beim Urknall Materie und Antimaterie in gleich großen Mengen entstanden sein müssten.

In einem in Nature Physics veröffentlichen Paper berichten die Wissenschaftler von Unregelmäßigkeiten im Zerfall von Baryonen. Diese Unregelmäßigkeiten, sogenannte Verletzungen der CP-Symmetrie, sind bei anderen Teilchen wie K- und B-Mesonen bereits beobachtet worden, allerdings wären die neuen Ergebnisse die erste Beobachtung des Phänomens bei Baryonen. Baryonen sind Teilchen, deren Materie-Version sich aus drei Quarks zusammensetzt, während Anti-Baryonen aus drei Antiquarks bestehen. Mesonen bestehen aus einem Quark-Antiquark-Paar.

Mit Hilfe der von Theoretikern vorhergesagten CP-Verletzung könnte man erklären, warum unsere Welt aus Materie besteht. Beim Urknall müsste laut Theorie gleich viel Materie wie Antimaterie entstanden sein. Wenn Materie auf Antimaterie trifft, vernichten sie sich gegenseitig, und zurück bleibt reine Energie. Dass es uns, die Erde, das Sonnensystem und den Rest des Universums heute gibt, muss also daran liegen, dass ein Rest Materie übriggeblieben ist. Um den Grund dafür zu finden, beobachten Wissenschaftler den Zerfall von Teilchen mit verschiedenen Bestandteilen. Eigentlich müsste ein System den gleichen Gesetzen folgen, wenn man alle Teilchen durch ihre Antiteilchen ersetzt, weil sie ja bis auf ihre Ladung identische Eigenschaften haben. Ist das nicht der Fall, ist diese Symmetrie verletzt.

Für ihre Untersuchung nahm sich das LHCb-Team alle Prozesse aus den Proton-Proton-Kollisionen vor, die einen bestimmten Typ Baryon (das Λb0-Baryon, das aus einem up, einem down- und einem beauty-Quark besteht) enthielten und in ein Proton und drei geladene Pionen-Teilchen zerfielen – ein extrem seltener und noch nie vorher beobachteter Prozess. Insgesamt fanden die Forscher 6000 solcher Ereignisse, die sie zusammen mit 1000 weiteren Ereignissen eines anderen Zerfalls des Baryons auswerteten. Tatsächlich zeigt sich in den Daten ein Unterschied zwischen den Baryon- und Anti-Baryon-Zerfallen, der in einigen Fällen über 20 Prozent betrug.

Von einer Entdeckung kann das LHCb-Team noch nicht sprechen, weil es noch nicht genügend Statistik für die Beobachtung gibt – die Forscher brauchen mehr Daten als die rund 7000 beobachteten Ereignisse, auf die sie ihre Analyse stützen. Alle Ergebnisse stammen aus der ersten langen Laufzeit des LHC.

„Das ist ein wichtiges Puzzleteil, das unser Bild von Materie und Antimaterie und der CP-Verletzung ein Stückchen vollständiger macht“, sagt der LHCb-Wissenschaftler Christoph Langebruch von der RWTH Aachen. „Mit den Daten der zweiten Laufzeit haben wir die Anzahl dieser Ereignisse schon mehr als verdoppelt und ich hoffe, dass wir nach Auswertung dieser zusätzlichen Daten von einer Entdeckung sprechen können.”


Loading
Weitere Informationen
  • Der LHCb-Detektor
    Mehr zum LHCb-Detektor und seinen wissenschaftlichen Zielen
  • Antimaterie
    Gibt es einen Unterschied zwischen Materie und Antimaterie?