Alles "Quark". Das ist – kurz gefasst – die Weltsicht der Teilchenphysiker. Denn gemeinsam mit den Elektronen bilden die Quarks nach derzeitigem Kenntnisstand die Grundbausteine der Materie. Dabei kennen Physiker wie Jadranka Sekaric vom Forschungszentrum Fermilab bei Chicago sechs unterschiedliche Quark-Sorten. Und diese sechs Sorten unterteilen sie in verschiedene Generationen.
"Wir haben drei Generationen von Quarks. Zur ersten Generation gehören das Up- und das Down-Quark. Sie unterscheiden sich in ihrer elektrischen Ladung, und sie haben unterschiedliche Massen."
Up- und Down-Quark sind besonders relevant: Aus ihnen bestehen wir, und aus ihnen besteht alles um uns herum. Denn Up und Down bauen die Protonen und die Neutronen auf – also jene Teilchen, aus denen sämtliche Atomkerne bestehen. Die restlichen Quarks heißen Charme und Strange – das ist die zweite Generation – und Bottom und Top, das ist Generation Nummer 3. Diese Quarks der zweiten und dritten Generation sind instabil, in Sekundenbruchteilen zerplatzen sie in lauter Fragmente. Man kann sie in großen Teilchenbeschleunigern künstlich erzeugen – zum Beispiel mit dem Tevatron am Fermilab bei Chikago. Mit seinem Umfang von mehr als sechs Kilometern ist er der derzeit leistungsfähigste Ringbeschleuniger der Welt.
"Er feuert Protonen frontal aufeinander. Dort, wo die Protonen miteinander kollidieren, stehen zwei Detektoren. Sie heißen D Zero und CDF. Sie analysieren die Zusammenstöße und sind riesig: 20 Meter lang und mehr als sechs Meter hoch."
Bei diesen Zusammenstößen entstehen für einen kurzen Augenblick alle möglichen Quarksorten. Und ganz selten können sich diese Quarks blitzartig zu einem größeren Teilchen zusammentun.
"Wir haben nun ein Teilchen entdeckt, das aus drei Quarks besteht. Das Besondere: Jedes dieser Quarks gehört zu einer anderen Generation: ein Down-Quark aus der ersten Generation, ein Strange-Quark aus der zweiten und ein Bottom-Quark aus der dritten Generation. Es ist das erste Mal überhaupt, dass wir ein Stückchen Materie produziert haben, das alle drei Generationen in sich vereint."
Sagt Terry Wyatt, Physikprofessor an der Universität Manchester. Cascade B, so nennen er und seine Kollegen den winzigen Exoten.
"Das Teilchen ist rund sechsmal so schwer wie ein Proton, ein Wasserstoffkern. Es existiert nur für den billionstel Teil einer Sekunde. Das genügt, um sich einen Millimeter weit zu bewegen, bevor es dann zerfällt. Aufgrund dieser Flugstrecke konnten wir das Teilchen überhaupt identifizieren und vom Rest des Geschehens in unserem Detektor unterscheiden."
Cascade B ist extrem selten – wenn man so will die blaue Mauritius der Teilchenforscher. Unter Billionen von Teilchenkollisionen konnten die Forscher gerade mal 36 Exoten aufspüren. Dennoch: Unerwartet kam die Entdeckung nicht. Vor Jahren schon hatte ein Beschleuniger in Genf Hinweise geliefert, dass es generationsübergreifende Teilchen wie Cascade B geben könnte, sagt Terry Wyatt.
"Zwar durften wir annehmen, dass es so ein Teilchen wirklich gibt. Aber es ist eine Sache, an etwas zu glauben, und eine ganz andere Sache, wirklich hinzugehen und es dann auch zu finden."
Nun hoffen die Physiker darauf, weitere seltsame Dreier-Teilchen zu finden – Teilchen, in denen drei Generationen von Quarks zumindest vorübergehend unter einem Dach vereint sind.
"Wir haben drei Generationen von Quarks. Zur ersten Generation gehören das Up- und das Down-Quark. Sie unterscheiden sich in ihrer elektrischen Ladung, und sie haben unterschiedliche Massen."
Up- und Down-Quark sind besonders relevant: Aus ihnen bestehen wir, und aus ihnen besteht alles um uns herum. Denn Up und Down bauen die Protonen und die Neutronen auf – also jene Teilchen, aus denen sämtliche Atomkerne bestehen. Die restlichen Quarks heißen Charme und Strange – das ist die zweite Generation – und Bottom und Top, das ist Generation Nummer 3. Diese Quarks der zweiten und dritten Generation sind instabil, in Sekundenbruchteilen zerplatzen sie in lauter Fragmente. Man kann sie in großen Teilchenbeschleunigern künstlich erzeugen – zum Beispiel mit dem Tevatron am Fermilab bei Chikago. Mit seinem Umfang von mehr als sechs Kilometern ist er der derzeit leistungsfähigste Ringbeschleuniger der Welt.
"Er feuert Protonen frontal aufeinander. Dort, wo die Protonen miteinander kollidieren, stehen zwei Detektoren. Sie heißen D Zero und CDF. Sie analysieren die Zusammenstöße und sind riesig: 20 Meter lang und mehr als sechs Meter hoch."
Bei diesen Zusammenstößen entstehen für einen kurzen Augenblick alle möglichen Quarksorten. Und ganz selten können sich diese Quarks blitzartig zu einem größeren Teilchen zusammentun.
"Wir haben nun ein Teilchen entdeckt, das aus drei Quarks besteht. Das Besondere: Jedes dieser Quarks gehört zu einer anderen Generation: ein Down-Quark aus der ersten Generation, ein Strange-Quark aus der zweiten und ein Bottom-Quark aus der dritten Generation. Es ist das erste Mal überhaupt, dass wir ein Stückchen Materie produziert haben, das alle drei Generationen in sich vereint."
Sagt Terry Wyatt, Physikprofessor an der Universität Manchester. Cascade B, so nennen er und seine Kollegen den winzigen Exoten.
"Das Teilchen ist rund sechsmal so schwer wie ein Proton, ein Wasserstoffkern. Es existiert nur für den billionstel Teil einer Sekunde. Das genügt, um sich einen Millimeter weit zu bewegen, bevor es dann zerfällt. Aufgrund dieser Flugstrecke konnten wir das Teilchen überhaupt identifizieren und vom Rest des Geschehens in unserem Detektor unterscheiden."
Cascade B ist extrem selten – wenn man so will die blaue Mauritius der Teilchenforscher. Unter Billionen von Teilchenkollisionen konnten die Forscher gerade mal 36 Exoten aufspüren. Dennoch: Unerwartet kam die Entdeckung nicht. Vor Jahren schon hatte ein Beschleuniger in Genf Hinweise geliefert, dass es generationsübergreifende Teilchen wie Cascade B geben könnte, sagt Terry Wyatt.
"Zwar durften wir annehmen, dass es so ein Teilchen wirklich gibt. Aber es ist eine Sache, an etwas zu glauben, und eine ganz andere Sache, wirklich hinzugehen und es dann auch zu finden."
Nun hoffen die Physiker darauf, weitere seltsame Dreier-Teilchen zu finden – Teilchen, in denen drei Generationen von Quarks zumindest vorübergehend unter einem Dach vereint sind.