Kaon statt Neutron

Physiker erzeugen in Japan neue Materieform

(Bild: ÖAW/Harald Ritsch, J-PARC/Flickr/PatrickDep, krone.at-Grafik)

Am japanischen Teilchenbeschleunigerzentrum J-PARC (Japan Proton Accelerator Research Complex) nahe Tokio ist es unter Mitwirkung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften gelungen, erstmals eine neue Form von äußerst dichter Materie mit Anti-Kaonen nachzuweisen. Die Forscher hoffen, dass das Verständnis dieser Materie neue Antworten auf grundlegende Fragen der modernen Physik eröffnen wird.

An dem erfolgreichen Experiment bei dem durch einen Platztausch im Atomkern - ein Neutron wurde dabei durch ein Anti-Kaon ersetzt (Kaonen sind mittelschwere, subatomare Teilchen, die aus einem Quark-Antiquark-Paar bestehen; Anm.) - waren auch Forscher vom Stefan-Meyer-Institut für subatomare Physik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) maßgeblich beteiligt.

Der Teilchenbeschleuniger J-PARC nahe Tokio

(Bild: ÖWA)

Anti-Kaon in Atomkern implementiert
Als Ausgangsmaterial des Experiments diente ein Helium-3-Isotop, das aus zwei Protonen und einem Neutron besteht. Durch Beschuss des Isotops mit negativ geladenen Kaonen wurde das Neutron herausgeschleudert. Das überraschende Ergebnis: Das Anti-Kaon, ein sehr kurzlebiges Teilchen, konnte den Platz des Neutrons einnehmen. Der auf diese Weise neu entstandene Kerncluster verfügte aber nicht nur über eine enorme Bindungsenergie, er erwies sich auch als weitaus stabiler als von den Forschern erwartet.

Künstlerische Darstellung der neuen Materie-Form

(Bild: ÖWA/Harald Ritsch)

Materie unter Laborbedingungen studieren
„Das Besondere ist, dass wir nachweisen konnten, dass ein Anti-Kaon tatsächlich im Atomkern als eigenständiger Kernbaustein existieren kann. Auf diese Weise können wir Kernmaterie mit hoher Dichte erzeugen“, sagt Johann Zmeskal, Vizedirektor des Stefan-Meyer-Instituts, der auch Koautor der Studie ist. „Wenn wir das Experiment erfolgreich mit höherer Präzision wiederholen können und dies auch mit schwereren Kernen als Helium schaffen, wäre das ein enormer Durchbruch - dann könnten wir extrem dichte Kernmaterie unter Laborbedingungen und bei normaler Temperatur herstellen.“

Die Forscher hoffen, dass das Verständnis dieser Materie neue Antworten auf grundlegende Fragen der modernen Physik eröffnet, wie etwa dem Zustandekommen der Masse des sichtbaren Universums. Auch das Wissen über den Aufbau der extrem dichten Neutronensterne, von denen es allein in der Milchstraße über hundert Millionen gibt, könnte dadurch weiter verbessert werden.