Drei Quarks bilden ein Proton, Protonen und Neutronen wiederum die Atomkerne. Doch dieses Baukasten-Modell vereinfacht die Realität sehr. Amerikanische Forscher untersuchten nun die Eigenschaften der Quarks genauer und bestimmten so den Spin, das magnetische Moment, das jeder einzelne Proton-Baustein aufweist. Diese Information ist wichtig, um zu verstehen, wie sich die Quarks in Protonen oder Neutronen anordnen, berichten die Forscher im Fachblatt “Physical Review Letters”.
Betrachtet man ein Proton genauer, besteht es in Wirklichkeit sogar aus einem ganzen Quarksee und lediglich drei so genannten “Valenzquarks”, zwei vom up-Typ, eins vom down-Typ. Lagern sich in diesem See Quark und Antiquark immer wieder zusammen, um sich dann abermals zu trennen, bestimmen die Valenzquarks die messbaren, physikalischen Eigenschaften eines Protons. So weist es einen magnetischen Spin von ½ auf. Das ist das Ergebnis aus der Summe von zwei up-Quarks und einem down-Quark.
Die Teilchenphysiker an der Thomas Jefferson National Accelerator Facility in Virginia maßen nun erstmals exakt das magnetische Moment der Quarks. So ist dieser Spin der beiden up-Quarks parallel zum gesamten Protonen-Spin ausgerichtet, der Spin des down-Quarks dagegen genau entgegengesetzt, also anti-parallel.
Möglich wurde diese Messung durch den Beschuss von Helium-3 Kernen mit einem starken Elektronenstrahl. Diese Ladungsträger interagierten mit den Valenzquarks, zwei down und ein up, der Neutronen im Heliumkern. Aus dieser Wechselwirkung konnten das internationale Forscherteam auf den Spin der Quarks zurückschließen. Übertragen auf den Aufbau des Protons ergab sich die bereits im Rahmen der gängigen Theorie, der so genannten pertubativen Quantenchromodynamik, vermutete Spin-Ausrichtung der jeweiligen Quarks.
Jan Oliver Löfken
