Exotischer Atomkern: Forscher haben erstmals in einem Atomkern zwei Protonen mit einem exotischen Meson gekoppelt – einem kurzlebigen Teilchen aus einem Quark und einem Antiquark. Diese Bindung wurde zwar theoretisch vorhergesagt, konnte aber zuvor nie experimentell nachgewiesen werden. Erst durch den Beschuss von Helium-3 mit energiereichen K-Mesonen gelang es nun, eine solche Meson-Bindung im Atomkern zu erzeugen.
Mesonen sind die instabilen „Geschwister“ der normalen Kernteilchen wie Protonen und Neutronen. Denn statt aus verschiedenen Quarks bestehen sie aus einem Quark und einem Antiquark. Als Folge löschen sie sich schon Sekundenbruchteile nach ihrem Entstehen selbst aus. Doch es gibt eine Sorte von Mesonen, die etwas länger überleben: Kaonen, auch als K-Mesonen bezeichnet. Diese Teilchen enthalten neben einem Up- oder Down-Quark immer auch ein Strange-Quark oder dessen Antiteilchen.
Verborgene Wechselwirkung im Atomkern
Das Spannende an den Mesonen: Der Theorie nach können diese kurzlebigen Teilchen im Atomkern spontan entstehen und wieder verschwinden – und dabei sogar für kurze Zeit eine Art Bindung mit den Kernbausteinen eingehen. Sollte es diese verborgene Wechselwirkung tatsächlich geben, könnte ihre Erforschung wertvolle Einblicke in die starke Kernkraft und deren Kraftteilchen, die Gluonen, geben.

„Deshalb wurden während der letzten 100 Jahre schon viele Mesonen untersucht, um zu sehen, ob ein solcher mesonischer Bindungszustand existiert“, erklären Masahiko Iwasaki vom RIKEN-Forschungszentrum in Japan und seine Kollegen. Bisher allerdings vergeblich. Deshalb haben sich die Forscher nun die K-Mesonen vorgenommen. Weil diese ein wenig länger halten als andere Mesonen, könnten sie für diese Bindung am ehesten in Frage kommen. Zudem existieren negativ geladene K-Mesonen, die demnach gut an Protonen binden könnten.