Physiker entdecken exotisches Teilchen

So könnten die fünf Quarks im Pentaquark angeordnet sein. Bild: CERN

Lange wurde es vorhergesagt, aber bisher nie nachgewiesen: das Pentaquark, eine Verbindung von fünf Quarks und damit eine exotische Form von Materie. Wissenschaftler des Experiments LHCb haben diese neue Klasse von Teilchen jetzt in ihrem Detektor nachgewiesen. Der LHCb-Detektor ist eines der vier großen Experimente am Large Hadron Collider LHC.

„Auch wenn solche Zustände theoretisch vorhergesagt wurden, so ist der Nachweis des nun entdeckten Pentaquark-Zustands im LHCb-Detektor doch eine kleine Sensation“, sagt Prof. Ulrich Uwer von der Universität Heidelberg, Sprecher des BMBF-Forschungsschwerpunkts LHCb, in dem sich die deutschen Forschergruppen des Experiments organisiert haben.

Pentaquarks sind exotische Bindungszustände von Quarks, die erstmals durch das sogenannte Quarkmodell vorhergesagt wurden, das der US-Forschers Murray Gell-Mann in den 1960er Jahren aufstellte. Danach gibt es eine Teilchenklasse namens Baryonen, die sich aus drei Quarks zusammensetzen und eine Klasse sogenannter Mesonen aus einem Quark-Antiquark-Paar. Protonen und Neutronen bestehen beispielsweise aus jeweils drei Quarks, die durch sogenannte Gluonen aneinandergebunden werden.
Das Quarkmodell Gell-Manns erlaubt auch exotischere Objekte, die sich aus vier Quarks und einem Antiquark zusammensetzen. Solch ein Teilchen haben die LHCb-Forscher jetzt in ihren Daten identifiziert. Nach den Berechnungen der Wissenschaftler besteht das Pentaquark aus zwei up-Quarks, einem down-Quark, einem charm und einem Anti-charm-Quark.

„Das Pentaquark ist nicht einfach irgendein Teilchen“, erklärte Guy Wilkinson, Sprecher des LHCb-Experiments. „Es stellt eine Möglichkeit dar, Quarks - also die fundamentalen Bestandteile von Protonen und Neutronen - in einem Muster zu vereinigen, das trotz fünfzigjähriger experimenteller Suche noch nie beobachtet wurde.“ Uwer bestätigt: „Die Beobachtung ermöglicht neue Einblicke in die starken Wechselwirkungen und Bindungen der Quarks in Teilchen wie Protonen und Neutronen. Davon verstehen wir bislang noch zu wenig.“

Als nächstes planen die Forscher herauszufinden, wie genau die einzelnen Quarks sich zu einem Pentaquark binden.