In Mesonen koexistiert Materie mit Antimaterie
Antimaterie wird gewöhnlich für etwas gehalten, das sich beim Zusammentreffen mit Materie sofort explosionsartig in reine Energie auflöst.Genau genommen aber ist das nicht immer richtig, wie die folgenden beiden Beispiele beweisen:
- Beschießt man Protonen mit sehr energiereichen Elektronen, so produziert das gelegentlich virtuelle Antiquarks (womit man dann auch ihre Existenz nachgewiesen hat).
- Photonen können sich gelegentlich in virtuelle Elektron-Positron-Paare verwandeln (womit dann also — genau genommen — selbst mit sichtbarem Licht stets noch mit ein klein wenig Antimaterie verbunden ist, — mit eben jenen Positronen).
- Das wichtigste aller Beispiele aber sind Mesonen, denn JEDES Meson besteht aus einem Quark und einem Antiquark (sie zerstrahlen nicht, da sich ihre Ladung nicht zu 0, sondern zu 1 aufsummiert, sie also nicht echte Teilchen/Antiteilchen-Paare sind):
aus Pedro Waloschek: Besuch im Teilchenzoo
Nebenbei: Frei kommen in der Natur nur Materieteilchen vor, die ganzzahlige elektrische Ladung haben. Da sie sich dennoch stets als Kombination von Quarks und Antiquarks erweisen (eingebettet in jeweils eine Wolke virtueller Gluonen), kann man sich leicht ausrechnen, dass es etwa 300 solcher Kombinationen geben kann.
Nur wenige davon verbieten sich aus quantenmechanischen Gründen. Alle anderen gibt es wirklich — und genau sie bilden den so unerwartet großen Teilchenzoo, den die Kernphysiker in der zweiten Hälfte des 20-ten Jahrhunderts entdeckt haben. Nicht in dieses Schema passen nur die Leptonen (= Elektron, Myon, Tau, zwei oder drei Neutrinios und die Antipartner dieser Teilchen).
Baryonen, Antibarionen und Mesonen nennt man auch Hadronen (= dicke Teilchen).
Wo sie einander hinreichend nahe kommen, kann es zu einem Austausch von Gluonen, Quarks, ja sogar Antiquarks kommen. Er äußert sich als das, was man die starke Kernkraft nennt, über die sich Protonen und Neutronen zu Atomkernen gruppieren. Sie ist eine Art Resteffekt der weit stärkeren Farbkraft zwischen den Quarks und Gluonen.
Die Farbkraft und damit auch ihr abklingender Rest — die starke Kernkraft — wirkt höchstens einen Femtometer weit. Der Grund hierfür: Die in den Nukleonen wohnenden farbgeladenen Teilchen (Quarks und Gluonen) werden durch die Farbkraft wie durch Gummibänder miteinander verbunden und können sich daher vom Nukleon, in dem sie wohnen nur wenig weit entfernen.
Stringtheoretiker nennen diese jeweils einen String darstellenden "Gummibänder" Glueballs und sehen sie als Ketten an einander gekoppelter Gluonen: Jedes Gluon – stringtheoretisch ein Stringabschnitt – scheint – wie ein Stabmagnet – Enden unterschiedlicher Ladung zu haben, über die sie sich zusammenfügen. Wird die Spannung in einem Gluon zu groß, teilt es sich in zwei oder mehrere, so dass die Kette der Gluonen ihre Länge variieren kann. Sie kann auch geschlossener String sein. (Quelle: Susskind).
Note: Die Teilchenphysiker erkannten zunächst nicht, dass viele Hadronen rotierende und schwingende, d.h. Bewegungsenergie tragende Varianten von Nukleonen und Mesonen sind: Man hielt sie für weitere Arten von Teilchen, und so schien in den 1960-er Jahren der Teilchenzoo immer größer zu werden. Schließlich aber wurde man auch mit » angeregten Zuständen « von Hadronen vertraut und erkannte sie alle als das, was sie sind: rotierende und schwingende Mesonen und Nukleonen.
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Physiker produzieren bisher (2011) schwerste Antimaterie-Kerne