Helmholtz Forschungsakademie Hessen für FAIR

Seltsam oder exotisch?

Seltsam oder exotisch?

Bei Teilchen dienen diese Attribute keineswegs der Zuordnung einer Geschmacksrichtung, sondern beschreiben ihre Eigenschaften näher.

So wird ein Teilchen als seltsam bezeichnet, wenn es ein Strange-Quark oder ein Strange-Antiquark aufweist. Dies ist bei leichten Teilchen (Mesonen) beispielsweise bei den Kaonen oder unter den Baryonen bei den Hyperonen der Fall. Die Seltsamkeit eines Teilchens wird dann entgegengesetzt zur vorhandenen Anzahl der enthaltenen Strange-Quarks angegeben, sodass ein einzelnes Strange-Quark eine Seltsamkeit von –1 besitzt. Als seltsam wird das Teilchen kategorisiert, weil es nicht über dieselbe Kraft zerfällt, durch die es einst entstanden ist. Außerdem kommen seltsame Teilchen auf der Erde nicht in stabiler Form vor. Dennoch wurde das erste seltsame Teilchen, das den Namen Kaon trägt, 1947 bei Nebelkammeraufnahmen kosmischer Strahlung beobachtet und zeichnete sich durch eine gegenüber den anderen damals bekannten instabilen Teilchen deutlich längere Lebensdauer aus.

Strange-Quarks entstehen zum Beispiel, wenn Protonen und Neutronen miteinander kollidieren oder auch Protonen mit Protonen oder Protonen und Photonen. Dabei besitzen sie eine relativ lange Lebensdauer, die sich dadurch erklären lässt, dass bei ihrer Entstehung die starke Wechselwirkung wirkt, während die schwache Wechselwirkung für ihren Zerfall verantwortlich ist. Daher kann man in sogenannten Blasenkammeraufnahmen scheinbar aus dem Nichts auftauchende V-Formen beobachten.

Als seltsame Materie bezeichnet man dann logischerweise Materie, die aus einer Ansammlung seltsamer Teilchen besteht, während der Begriff Strangeness die Quantenzahl für die Seltsamkeit eines Teilchens oder Zustands erfasst.

Unter dem Begriff exotische Materie werden hingegen alle Teilchen summiert, die extrem ungewöhnliche Eigenschaften haben. Oft sind damit Teilchen mit besonderem Quarkinhalt gemeint, aber es können auch eine Form von Materie gemeint sein, die z.B. eine negative Energiedichte hat. Dies ist theoretisch möglich, allerdings haben alle bisher bekannten Formen von Materie eine positive Energiedichte. Bisher ist exotische Materie daher noch nicht nachgewiesen worden. Eine mögliche Quelle für exotische Materie wird aber im Verhalten bestimmter Vakuumzustände in der Quantenfeldtheorie gesehen. Wenn solche Materie existiert oder erzeugt werden könnte, würde sie hypothetisch Schemata für überlichtschnelles Reisen ermöglichen, wie stabile Wurmlöcher und den Alcubierre-Warpantrieb.

Zwar forschen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Helmholtz Akademie Hessen für FAIR nicht an Möglichkeiten von Warpantrieben, aber das PANDA-Experiment wird weitere Erkenntnisse über seltsame Teilchen liefern und das Verständnis der Hadronenphysik erweitern.

Alcubierre
Seltsam oder exotisch?