Das Geheimnis der virtuellen Teilchen

In der Quantenphysik gibt es ein faszinierendes Phänomen: Teilchen können spontan aus dem Nichts entstehen. Diese Teilchen nennt man virtuelle Teilchen. Normalerweise vernichten sie sich sofort wieder. Doch in Teilchenbeschleunigern wie dem Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) können sie länger existieren und untersucht werden.

Der Spin der Teilchen

Forscher am Brookhaven National Laboratory haben herausgefunden, dass viele dieser Teilchenpaare den gleichen Spin besitzen. Spin ist eine Quanteneigenschaft, die man sich wie einen kleinen Magneten vorstellen kann. Normalerweise sind die Spins in Vielteilchensystemen zufällig verteilt. Doch im RHIC traten Teilchenpaare mit gleich ausgerichtetem Spin auf.

Energie aus Kollisionen

Im RHIC prallen Protonen mit hoher Energie aufeinander. Bei diesen Kollisionen wird Energie frei. Wenn virtuelle Teilchenpaare im Vakuum entstehen, können sie diese Energie nutzen, um zu realen Teilchen zu werden. So können sie länger existieren und untersucht werden.

Die Rolle der Strange-Quarks

Die Forscher untersuchten Strange-Quarks, die paarweise entstehen und verschränkt sind. Diese Quarks verbinden sich schnell zu sogenannten Lambda-Hyperonen. Diese Teilchen zerfallen nach kurzer Zeit, aber ihre Flugrichtung gibt Aufschluss über den Spin der ursprünglichen Strange-Quarks. Die Messdaten zeigten, dass die Spins der Teilchen stark aufeinander ausgerichtet sind.

Bedeutung der Entdeckung

Diese Entdeckung bestätigt eine 30 Jahre alte Theorie und könnte helfen, ein großes Rätsel der Physik zu lösen: Woher kommt die Masse des Protons? Die Quarks im Proton tragen nur wenig zur Masse bei. Der Großteil entsteht vermutlich durch Wechselwirkungen mit virtuellen Teilchen im Vakuum. Die neuen Erkenntnisse könnten also wichtige Einblicke in die Struktur der Materie geben.