ALICE löst lange offenes Rätsel der Teilchenphysik
Entdeckung von Resonanzen am CERN erklärt Entstehung von Deuteronen und ihrer Antimaterie-Gegenstücke.
Ein internationales Forschungsteam des ALICE-Experiments am Teilchenbeschleuniger CERN unter Führung von Forschenden der Technischen Universität München (TUM) konnte zum ersten Mal direkt beobachten, wie Deuteronen und Antideuteronen in extrem energiereichen Teilchenkollisionen entstehen. Das Ergebnis: Die zur Bildung von Deuteronen notwendigen Protonen und Neutronen werden beim Zerfall sehr kurzlebiger Resonanzen wie der Δ(1232) freigesetzt und schließen sich dann zusammen. Dasselbe gilt auch für ihre Antimaterie-Gegenstücke.
In den Protonenkollisionen am Large Hadron Collider (LHC) des CERN entstehen Temperaturen, die über 100.000-mal heißer sind als im Inneren der Sonne. Bislang war völlig unklar, wie so fragile Teilchen wie Deuteronen und Antideuteronen dies überhaupt überstehen können. Unter solchen Bedingungen sollten leichte Atomkerne wie das Deuteron – bestehend aus nur einem Proton und einem Neutron – eigentlich sofort wieder zerfallen, da die Bindung, die sie zusammenhält, vergleichsweise schwach ist. Trotzdem wurden solche Kerne immer wieder beobachtet. Nun ist klar: Rund neunzig Prozent der beobachteten (Anti-)Deuteronen entstehen durch diesen Mechanismus.
Mehr von und mit Deuteron
Einfachstes Molekül eingefangen und angeregt
Präzise Messung schwingender Atomkerne
Masse des Deuterons korrigiert
Versteckt sich dunkle Materie zwischen Atomkernen?
Brillante Neutronenstrahlen
Tunnelblick auf Reaktionen
Die ALICE-Kollaboration kam zu diesen Schlussfolgerungen, indem sie die Impulse von Deuteronen und Pionen maßen. Sie fanden eine Korrelation zwischen den Impulsen von Pionen und Deuteronen, was darauf hindeutet, dass die Pionen und entweder die Protonen oder die Neutronen der Deuteronen tatsächlich aus dem Zerfall eines kurzlebigen Teilchens stammen. Diese Delta-Resonanzen zerfallen in etwa einer Billionstel Billionstel Sekunde in ein Pion und ein Nukleon, d. h. entweder ein Proton oder ein Neutron. Das Nukleon kann dann mit anderen Nukleonen in der Nähe verschmelzen und leichte Kerne wie ein Deuteron bilden. Diese Kernfusion findet in geringer Entfernung vom Hauptkollisionspunkt in einer kühleren Umgebung statt, wodurch die neu entstandenen Kerne eine viel bessere Überlebenschance haben. Dies wurde sowohl für Teilchen als auch für Antiteilchen beobachtet, die Bildung von Deuteronen und Antideuteronen läuft also nach dem gleichen Mechanismus ab.
Die TUM-Teilchenphysikprofessorin Laura Fabbietti, Forscherin im Exzellenzcluster ORIGINS und im Sonderforschungsbereich Neutrinos und Dunkle Materie in der Astro- und Teilchenphysik (SFB 1258), betont: „Unser Ergebnis ist ein wichtiger Schritt zum besseren Verständnis der ‚starken Wechselwirkung‘ – jener fundamentalen Kraft, die Protonen und Neutronen im Atomkern zusammenhält. Die Messungen zeigen klar: Leichte Kerne bilden sich nicht im heißen Anfangsstadium der Kollision, sondern später, wenn die Bedingungen etwas kühler und ruhiger geworden sind.“
Maximilian Mahlein, Forscher an Fabbiettis Lehrstuhl für Dense and Strange Hadronic Matter an der TUM School of Natural Sciences, erläutert: „Unsere Entdeckung ist nicht nur für die Grundlagenforschung in der Kernphysik bedeutsam. Leichte Atomkerne entstehen auch im Weltall – etwa bei Wechselwirkungen von kosmischer Strahlung. Sie könnten sogar Hinweise auf die noch mysteriöse Dunkle Materie liefern. Mit den neuen Erkenntnissen lassen sich Modelle zur Entstehung dieser Teilchen verbessern und kosmische Messdaten zuverlässiger deuten.“ [TUM / CERN / dre]
Weitere Informationen
- Originalpublikation
The ALICE Collaboration, Observation of deuteron and antideuteron formation from resonance-decay nucleons, Nature 648, 306–311, 10. Dezember 2025; DOI: 10.1038/s41586-025-09775-5 - Lehrstuhl für Dense and Strange Hadronic Matter (Laura Fabbietti), TUM School of Natural Sciences, Technische Universität München
Anbieter
Technische Universität München (TUM)Arcisstr. 19
80333 München
Deutschland
Meist gelesen
Planeten halten Sonne im Zaum
HZDR-Fluiddynamik-Team führt vergleichsweise geringe solare Aktivität auf eine Synchronisation durch die Gezeitenwirkung der Planeten zurück.
Experiment klärt Doppelspalt-Disput zwischen Einstein und Bohr
Eine idealisierte Version eines der berühmtesten Experimente der Quantenphysik bestätigt mit atomarer Präzision, dass Einstein in diesem Fall falsch lag.
Kieler Team entdeckt ein neues Phänomen in Graphen
Laserpulse kontrollieren Elektronen blitzschnell und punktgenau – Licht als nanoskalige Schalter.
James-Webb-Weltraumteleskop entdeckt seinen ersten Exoplaneten
TWA 7 b ist der leichteste Planet, der direkt abgebildet werden konnte, und ist eine wichtige Etappe hin zur Abbildung erdähnlicher Planeten.
Mysteriöses dunkles Objekt im fernen Universum
Gravitationslinse weist auf unsichtbaren Masseklumpen hin wie von der Theorie der kalten Dunklen Materie vorhergesagt.