Seltsame Anomalie: Das Proton reagiert auf Elektronenbeschuss anders als erwartet. Statt sich mit zunehmender Energie immer stärker zu deformieren, zeigt der Kernbaustein bei einer bestimmten Energie eine abrupte Reaktionsspitze. Diese Abweichung von der Theorie könnte auf noch unerkannte Unterstrukturen oder Eigenheiten der Starken Kernkraft im Proton hindeuten, wie Physiker in „Nature“ berichten. In jedem Fall wirft die Anomalie Fragen auf.
Das Proton ist einer der Grundbausteine der Materie, zusammen mit dem Neutron bildet es den Atomkern. Doch trotz dieser fundamentalen Bedeutung gibt das Proton in mehrerer Hinsicht Rätsel auf. So herrscht Uneinigkeit über seine Größe und auch das Innenleben des Kernbausteins ist erst in Ansätzen erforscht. Klar scheint, dass das Teilchen aus drei Quarks sowie den sie verbindenden Gluonen besteht. Die Quantenfluktuation erzeugt zudem ständig kurzlebige Paare aus Quarks und ihren Anti-Quarks. Doch wie all diese Teilchen angeordnet sind und wechselwirken, ist weitgehend offen.

Protonen unter Beschuss
Jetzt wirft ein aktuelles Experiment neue Fragen auf. Ruonan Li von der Temple University in Philadelphia und seine Kollegen haben darin die Polarisierbarkeit des Protons gemessen. Diese beschreibt, wie leicht die Ladungs- und Magnetverteilung im Proton durch äußere elektromagnetische Felder verformt werden kann. „Die Quarks im Protoneninneren haben negative oder positive Ladungen und bewegen sich daher unter Einfluss eines elektrischen Felds in entgegengesetzte Richtungen“, erklärt Li.
Die für diese Reaktion nötige Energie und das Ausmaß der Veränderungen erlauben Rückschlüsse auf die innere Struktur des Protons. Für ihr Experiment haben die Physiker Protonen des Wasserstoffs mit einem Strahl von Elektronen mit je nach Durchgang verschiedener Energie beschossen. Je nach Energie der Kollision prallen diese Elektronen entweder außen am Proton ab oder sie dringen ein und interagieren dann dort mit den Quarks und Gluonen des Inneren.