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freisetzen. Die Kerne der acht Dutzend verschiedenen Atome hatten jeder eine charakteristische Reihe von Energieniveaus. Wenn die Protonen und Neutronen ihre Lage in einem Kern veränderten, so wie sich ein unruhiger Schläfer herumwälzt, bedeutete das Übergänge von einem Energieniveau auf ein anderes. Die beobachteten Energieniveaus der Kerne waren viele hundert Mal größer als die der Elektronen, die den Kern umgaben. Folglich musste die Kraft, die die Protonen und Neutronen zu einem festen, kleinen Kern zusammenhielt, viele hundert Mal stärker sein als das elektrische Kraftfeld, das die Elektronen an den Kern band. Was konnte eine solche starke Kernkraft erzeugen? H. Yukawa, ein japanischer theoretischer Physiker, befasste sich mit dieser Frage und legte eine auf eine Analogie gegründete Antwort vor. Wenn die elektromagnetische Kraft, die die Elektronen an den Kern band, ein mit ihr assoziiertes Quantenpartikel, nämlich das Photon oder Lichtteilchen, aufwies, musste nach seiner Überlegung auch die Kernkraft ein mit ihr zusammenhängendes Quantenpartikel aufweisen, das in einer sehr starken Wechselwirkung mit den Protonen und Neutronen stehen musste, die viele hundert Mal stärker war als die Wechselwirkung des Photons mit den Elektronen. Außerdem durfte die mit diesem neuen Teilchen zusammenhängende Kernkraft nur auf eine sehr kurze Entfernung stark wirken, weil der Kern so klein war. Daraus war zu schließen, dass die Kernkraft auf ein neues massives Teilchen mit starken Proton-Neutron-Wechselwirkungen zurückzuführen war. Das Teilchen wurde Meson genannt; mit diesem Begriff wurde schließlich eine ganze Familie von subnuklearen Teilchen bezeichnet. 1946 wurde Yukawas theoretisch postuliertes Teilchen experimentell in der kosmischen Strahlung nachgewiesen, einer natürlichen Quelle von energiereichen Teilchen. Seine Überlegungen waren damit bestätigt: Die Kernkräfte hatten assoziierte Quantenteilchen. Das neue Teilchen, das mit dem griechischen Symbol π bezeichnet wurde, hieß Pi-Meson oder kurz Pion und hatte genau die Masse und die Wechselwirkungen, die für Yukawas Meson erforderlich waren. Ein paar Jahre später, 1948, als es die neuen Zyklotrone gab, wurden Pionen im Laboratorium künstlich erschaffen; echte Pionen gingen aus den Kernreaktionen hervor, die man durch Strahlen energiereicher Teilchen ausgelöst hatte. Aber die aufregendste Entdeckung aus den neuen Zyklotronen entstand um das Jahr 1952, nämlich die Feststellung, dass sich das Proton und das Neutron energetisch in einen neuen Materiezustand umwandeln ließen, die Nukleonenresonanz. Was versteht man unter der Nukleonenresonanz? Diesen neuen Materiezustand kann man durch einen Vergleich mit einer Gitarrensaite beschreiben. Ungezupft weist eine solche Saite eine bestimmte Energie auf, ihre niedrigste Energie. In unserer Analogie mit der Kernphysik entspricht dieser Zustand der niedrigsten Energie dem Proton und dem Neutron. Führe ich der Saite durch Zupfen Energie zu, so gerät sie in Resonanz und hat damit eine höhere Energie. Wenn ich einem Proton oder Neutron Energie zuführe, können sie ebenfalls energetisch angeregt und zur Nukleonenresonanz werden. Es können höhere Energiezustände auftreten, die den Obertönen oder harmonischen Schwingungen der Gitarrensaite entsprechen. Diese höher-energetischen Zustände sind auch für Protonen und Neutronen beobachtet worden, also zusätzliche Nukleonenresonanzen. Die Nukleonenresonanz war sehr instabil und zerfiel entweder in ein Proton oder in ein Neutron und ein Pion; aber sie hatte eindeutig vorgelegen. Diese Entdeckung war von ganz grundlegender Bedeutung, denn sie besagte, dass das Proton, das Neutron und das Pion nicht allein da waren. Die Physiker hatten neue Quantenzustände der Materie mit einem Energieniveau entdeckt, das um viele hundert Mal größer war als alles, was man bis dahin im Kern festgestellt hatte. Die Nukleonenresonanz 145
und das Pion waren einfach nur als erste entdeckt worden. Diese neuen Teilchen nannte man Hadronen, nach dem griechischen Wort für »stark«, weil sie alle starke nukleare Wechselwirkungen aufwiesen. Als die nächste Generation von Beschleunigern, das Cosmotron im Brookhaven National Laboratory (1952) und das Bevatron in Berkeley (1954), in Betrieb ging, wurden noch viele weitere neue Hadronen entdeckt. Diese Maschinen mit ihren energiereichen Protonenstrahlen konnten neue Materieformen schaffen, wie man sie noch nie gesehen hatte - etwas, das man auch in den kühnsten Träumen des Verstandes nicht hätte voraussehen können. Die Reise in das Meer der Hadronen hatte begonnen. 146
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Galilei führt sein berühmtes Expe
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der Küste Westafrikas, beobachtet.
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selbst vorgeschlagen hat, sind mit
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