CP-Asymmetrie existiert auch bei Charme-Quarks

Ein umstrittenes Großprojekt

Der Large Hadron Collider, der leistungsstärkste Teilchenbeschleuniger der Welt im Europäischen Kernforschungszentrum CERN in der Schweiz ist eines der kontroverseren Großprojekte. Schließlich kostete alleine der Beschleuniger, ganz ohne Detektoren oder Sonstiges 3 Milliarden Euro. Die größte Leistung des LHC ist bisher die Entdeckung des Higgs-Bosons 2012, das unsere Vorstellung vom Aufbau und der Entstehung unserer Welt revolutionierte. Das Higgs-Boson war eines der letzten noch nicht entdeckten Teilchens des sogenannten Standardmodells. Gerade dieses Standardmodell ist aber nun an seinen Grenzen. Und so warten Physiker auf die Entdeckung einer komplett neuen Physik, die Einblicke in das Innere von Schwarzen Löchern und in den Moment des Urknalls bietet. So weit ist man nun nicht gekommen, aber immerhin gibt es dennoch eine sensationelle Entdeckung vom LHC zu melden.

Materie und Antimaterie

Die jetzige Entdeckung hat etwas mit Materie und Antimaterie zutun. Jedes Teilchen hat ein zugehöriges Anti-Teilchen. Dieses gleicht seinem Partner in Masse, Spin und Lebensdauer und verhält sich in Ladung und magnetischem Moment gegensätzlich. Ansonsten herrscht zwischen den beiden Teilchen eigentlich absolute Symmetrie, die Teilchen müssen sich also eigentlich genau gleich verhalten. Diese Regel wird auch CP-Invarianz genannt. Doch anscheinend gibt es Ausnahmen von dieser Regel. In den 60ern wurde diese Asymmetrie erstmals bei einem sogenannten K-Meson nachgewiesen. Jedes der am LHC beobachteten Teilchen besteht aus noch kleineren Teilchen, den sogenannten Quarks, die elementarsten Bausteine des Standardmodells. Es gibt sechs verschiedene Arten von Quarks. Bisher wurde die CP-Asymmetrie nur bei Teilchen aus sogenannten Strange-Quarks und Bottom-Quarks nachgewiesen.

Massenvernichtung kurz nach dem Urknall

Doch es hatte für die theoretische Physik Jahrzehnte lang große Relevanz die CP-Asymmetrie auch bei Teilchen aus weiteren Quark-Arten zu finden. Der Grund dafür liegt in der Kosmologie. Heute geht man davon aus, das große Mengen von Materie und Antimaterie beim Urknall entstanden sind. Doch Materie und Antimaterie haben die Eigenschaft sich gegenseitig zu zerstrahlen, also in Energie (Photonen) umzuwandeln. Dies passierte auch. Doch wenn beim Urknall genau gleich viel Materie und Antimaterie entstanden wären, hätten wir heute ein Universum, das nur aus Strahlung besteht. Da dies nicht so ist, muss es Asymmetrien zwischen Materie und Antimaterie geben. Doch CP-Asymmetrie bei zwei Quark-Arten reicht nicht aus, um das Phänomen zu erklären.

Entdeckung bei einem D0-Meson

Nun entdeckte man die CP-Asymmetrie jedoch bei einem ganz anderen Teilchen, einem sogenannten D0-Meson. Die Besonderheit dieses Teilchens ist es, dass es auch ein Charm-Quark in sich trägt. CP-Asymmetrien bei drei Quark-Arten könnten bereits ausreichen. Womöglich werden aber auch bei weiteren Arten Asymmetrien entdeckt. Damit hat man im wesentlichen die Frage beantwortet, warum es heute Materie gibt und nicht nur Strahlung, eine phänomenale Leistung. Doch der ganz große Wurf lässt noch auf sich warten. Auch die nun beobachtete Asymmetrie liegt noch am Rand des Standardmodells. Doch die Hoffnung stirbt in der Physik immer zuletzt – und manchmal eben auch nie.

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