Das Neutron als Sandwich

Das Neutron besitzt einen komplexeren inneren Aufbau als bislang gedacht. Das Elementarteilchen, das die meisten Atomkerne stabilisiert, ist im Zentrum elektrisch negativ geladen, dann folgt eine positive Ladung, ganz außen wieder eine negative Ladung. Das fand der Physiker Gerald Miller von der University of Washington durch Experimente an drei Beschleunigern und theoretische Überlegungen heraus.

Äußerlich verhalten sich Neutronen elektrisch neutral. Allerdings zerfallen freie Neutronen mit einer Halbwertszeit von einer Viertelstunde in ein Proton, ein Elektron und ein Antineutrino. 1947 postulierte der Physiker Enrico Fermi, dass Neutronen im Inneren elektrisch geladen sind: Die positive Ladung befindet sich Fermis Überlegungen zufolge im Zentrum des Neutrons, die negative am Rand. Da beide Ladungen gleich groß sind, hebt sich ihre Wirkung nach außen auf.

Millers neuen Messungen zufolge ähnelt die Neutronen-Ladung aber eher einem Sandwich. “Niemandem war das klar”, sagt der Physiker. “Wir wissen zwar schon seit langem, dass Neutronen trotz ihrer elektrischen Neutralität Eigenschaften haben, die mit der Ladung zusammenhängen. Nun verstehen wir diese Eigenschaften besser.” Dem Physiker zufolge hat seine Entdeckung Auswirkungen auf das Verständnis der starken Kernkraft, die zwischen den Elementarteilchen wirkt und die Atomkerne zusammenhält.

Ein wichtiger Teil von Fermis ursprünglicher Theorie ? dass sich negative Ladung am äußeren Rand des Neutrons befindet ? habe sich durch seine Untersuchung aber bestätigt, sagt Miller. Womöglich ist Millers Modell einfacher mit dem Quark-Modell des Neutrons in Einklang zu bringen: Demnach besteht das neutrale Elementarteilchen aus einem up-Quark, das zwei Drittel der positiven Elementarladung trägt, und zwei down-Quarks, die jeweils ein Drittel der negativen Elementarladung tragen.

Gerald Miller (University of Washington): Physical Review Letters, Bd. 99, S. 112001