BROOKHAVEN / NEW YORK / LONDON (IT BOLTWISE) – In einem bemerkenswerten Experiment haben Physiker erstmals beobachtet, wie Teilchen aus dem Vakuum entstehen. Diese Entdeckung könnte entscheidende Hinweise darauf geben, wie Teilchen ihre Masse erlangen und damit eines der größten Rätsel der Physik lösen.
In einem bedeutenden Durchbruch in der Teilchenphysik haben Forscher der STAR-Kollaboration am Brookhaven National Laboratory in New York erstmals beobachtet, wie Teilchen aus dem Vakuum entstehen. Diese Entdeckung könnte entscheidende Hinweise darauf geben, wie Teilchen ihre Masse erlangen, und damit eines der größten Rätsel der Physik lösen. Die Forscher nutzten hochenergetische Protonenkollisionen, um seltene Teilchen zu erzeugen, die als klarer Beweis dafür dienen, dass Masse aus dem Nichts entstehen kann.
Die Theorie der Quantenchromodynamik (QCD), die als beste Beschreibung der starken Wechselwirkung gilt, besagt, dass selbst ein perfektes Vakuum nicht wirklich leer ist. Stattdessen ist es mit kurzlebigen Störungen in der Energie des Raums gefüllt, die als virtuelle Teilchen bekannt sind. Unter diesen befinden sich Quark-Antiquark-Paare, die normalerweise sofort wieder verschwinden. Doch wenn genügend Energie in ein Vakuum eingebracht wird, können diese Paare zu realen, nachweisbaren Teilchen mit messbarer Masse werden.
Das Team der STAR-Kollaboration konnte diesen Prozess nun erstmals beobachten. Durch das Zusammenstoßen von hochenergetischen Protonen in einem Vakuum entstand ein Partikelspray, aus dem einige Teilchen direkt aus dem Vakuum stammen sollten. Quarks können jedoch nie allein existieren und verbinden sich sofort zu zusammengesetzten Teilchen. Glücklicherweise behalten diese Teilchen eine Spur ihrer Herkunft: Quarks und Antiquarks werden mit korrelierten Spins geboren, eine gemeinsame Quantenorientierung, die sie aus dem Vakuum erben.
Die Forscher entdeckten, dass diese Verbindung auch dann bestehen bleibt, wenn die Quarks und Antiquarks Teil größerer Teilchen, sogenannter Hyperonen, werden, die in weniger als einem Zehntel einer Milliardstel Sekunde zerfallen. Das Erkennen dieser spin-ausgerichteten Hyperonen nach den Protonenkollisionen ermöglichte es den Forschern, zu bestätigen, dass die Quarks in ihnen aus dem Vakuum stammten. Diese Erkenntnisse eröffnen neue Möglichkeiten, die Eigenschaften des Vakuums direkt zu untersuchen und zu verstehen, wie Teilchen ihre Masse erlangen.
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