Die Jagd auf Dunkle Quarks

Schematische Grafik einer Proton-Proton-Kollision mit zwei Kandidaten für auftauchende Jets. (Credits: CMS / CERN)
Schematische Grafik einer Proton-Proton-Kollision mit zwei Kandidaten für auftauchende Jets. (Credits: CMS / CERN)

Quarks sind die kleinsten Teilchen, die wir kennen. Laut dem Standardmodell der Teilchenphysik, das alle bekannten Teilchen und ihre Interaktionen beschreibt, sollten Quarks unendlich klein sein. Als ob das den Verstand noch nicht genug strapazieren würde, kommen auch noch Dunkle Quarks hinzu. Dabei handelt es sich um hypothetische Teilchen, die zur Erklärung der Dunklen Materie postuliert wurden, einer unsichtbaren Form von Materie, die das Universum durchzieht und die Milchstraßen-Galaxie und andere Galaxien zusammenhält.

In einer neuen Studie beschreibt die CMS Collaboration, wie sie Daten des Large Hadron Collider (LHC) sichtete, um Dunkle Quarks zu finden. Obwohl die Suche erfolglos verlief, erlaubte sie dem Team, sich den Elternteilchen anzunähern, aus denen die Dunklen Quarks hervorgehen könnten.

Eine verlockende Theorie erweitert das Standardmodell, um zu erklären, warum die beobachteten Massedichten von normaler Materie und Dunkler Materie vergleichbar sind. Das tut sie, indem sie die Existenz von Dunklen Quarks anführt, welche mit gewöhnlichen Quarks über ein Austauschteilchen interagieren. Wenn in einer Proton-Proton-Kollision solche Austauschteilchen paarweise produziert wurden, dann würde sich jedes Austauschteilchen des Paares in ein normales Quark und ein Dunkles Quark umwandeln, und beide würden einen “Jet” aus Hadronen produzieren, welche wiederum aus Quarks oder Dunklen Quarks bestehen. Insgesamt gäbe es zwei Jets aus Hadronen, die sich von dem Kollisionspunkt entfernen, und zwei “auftauchende” Jets, die in einem gewissen Abstand zum Kollisionspunkt entstehen würden, weil Dunkle Hadronen etwas Zeit benötigen würden, um in sichtbare Teilchen zu zerfallen.

In ihrer Studie betrachteten die Forscher der CMS Collaboration Daten von Proton-Proton-Kollisionen, die am LHC bei einer Energie von 13 Teraelektronenvolt gesammelt wurden, um nach Ereignissen zu suchen, bei denen solche Austauschteilchen oder die damit zusammenhängenden Jets auftreten könnten. Sie nutzten zwei unterscheidbare Merkmale, um auftauchende Jets zu identifizieren und sie aus dem Hintergrund jener Ereignisse hervorzuheben, die ihre Spuren erwartungsgemäß verwischen.

Das Team fand keine überzeugenden Belege für die Existenz solcher auftauchenden Jets, aber die Daten erlaubten den Wissenschaftlern, einen Massenbereich zwischen 400 und 1.250 Gigaelektronenvolt für das hypothetische Austauschteilchen von Dunklen Pionen auszuschließen, welche zwischen 5 und 225 Millimeter weit reisen, bevor sie zerfallen. Dies sind die ersten Ergebnisse einer Suche, die sich speziell solchen Austauschteilchen und Jets widmet.

Quelle

(THK)

Werbung

Ersten Kommentar schreiben

Antworten

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht.


*