Protonen-Spin wirft weiterhin Fragen auf

25. März 2007, 13:00
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Forscher an Uni Innsbruck fasste Stand der Forschungen zusammen

Wien - Die so genannte Kernspin-Tomographie zählt heute zu einem in der Medizin weit verbreiteten Bild gebenden Verfahren. Aber was Atomkernen und deren Bestandteilen - Protonen - überhaupt ihren Spin verleiht, gibt Grundlagenwissenschaftern bis heute Rätsel auf. Der derzeit an der Uni Innsbruck arbeitende theoretische Physiker Steven Bass hat den Stand der Forschungen zum Protonen-Spin in der Wissenschaftszeitschrift "Science" zusammengefasst und ist dabei auf mehr Fragen als Antworten gestoßen.

Der Spin oder Drehimpuls ist eine entscheidende Eigenschaft von Elektronen, Protonen und Neutronen. Der Spin erklärt das magnetische Verhalten von Teilchen bis hin zu Phänomenen der Materie bei extrem niedrigen Temperaturen, wie das so genannte Bose-Einstein-Kondensat (BEC).

Theorien

Woher etwa das Proton seinen Drehimpuls bezieht, ist Inhalt zahlreicher theoretischer Arbeiten wie auch Experimente. Ursprünglich sagten die Theorien voraus, dass etwa 60 Prozent des Drehimpulses des Protons von den sich ebenfalls um ihre Achse zu drehen scheinenden Quarks stammt. Der Rest kommt von der Bewegung der Quarks um einander. Jedes Proton besteht laut der gängigen Theorie aus drei Quarks und den sie zusammenhaltenden Gluonen.

Erkenntnisse

Experimente - unter anderem am Europäischen Forschungszentrum CERN - haben aber gezeigt, dass nur rund 30 Prozent des Protonen-Spins von den Eigen-Drehimpulsen der Quarks stammen kann. Um dieser Differenz zwischen Theorie und Praxis auf den Grund zu gehen, versuchen Wissenschafter immer tiefer in die Materie zu blicken. Allerdings wird dabei immer klar, dass das Innere des Protons eine äußerst dynamische Welt im Kleinsten ist.

In Niedrigenergie-Experimente verhalten sich Quarks tatsächlich so, als wären sie aus drei massiven Quarks aufgebaut, die je ein Drittel der Masse des Protons tragen. Wenn man mit Hochenergie tiefer in die Teilchen blickt, ändert sich das Bild. Die Physiker sehen dann mehr oder weniger masselose Quarks neben einem wahren Meer aus Quark-Antiquark Paaren und Gluonen. (APA)

Abstract
Science: How Does the Proton Spin?
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