Extrem dichte Kernmaterie

Weltweit erforschen Physiker mit Teilchen­beschleunigern, wie kurz nach dem Urknall vor geschätzten 13,8 Milliarden Jahren Materie entstanden ist. Einer inter­nationalen Forschungs­gruppe am J-PARC-Beschleuniger – Japan Proton Acce­lerator Research Complex – nahe Tokio ist es nun zum ersten Mal gelungen, eine neue Form von äußerst dichter Kern­materie mit Anti-Kaonen zu erzeugen. An dem erfolg­reichen Experiment waren auch Wissen­schaftler vom Stefan-Meyer-Institut für subatomare Physik der Öster­reichischen Akademie der Wissen­schaften (ÖAW) maßgeblich beteiligt.

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.

„Das Besondere ist, dass wir nachweisen konnten, dass ein Anti-Kaon tatsächlich im Kern als eigen­ständiger Kern­baustein exis­tieren kann. Auf diese Weise können wir Kernmaterie mit hoher Dichte erzeugen“, sagt Johann Zmeskal, Vize­direktor des Stefan-Meyer-Instituts der ÖAW. „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.

ÖAW / JOL

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  J-PARC E15 collaboration: “K⁻pp”, a K-meson nuclear bound state, observed in ³He(K⁻,Λp)n reactions, Phys. Lett. B 789, 620 (2019); DOI: 10.1016/j.physletb.2018.12.058
• J-PARC-Beschleuniger – Japan Proton Accelerator Research Complex
• Stefan Meyer Institut für subatomare Physik SMI, Wien