Heinz R. Pagels Cosmic Code - Globale-Evolution TV

3. Das Rätsel der Hadronen
I
Alles, was nicht verboten ist, ist vorgeschrieben.
- Murray Gell-Mann
n den frühen fünfziger Jahren war die Besetzungsliste mit den Grundquanten in dem
3-D-Film, den die Physiker studierten, noch recht kurz. Das sollte sich bald ändern.
Die neuen Materiemikroskope, die in den fünfziger und sechziger Jahren gebauten Beschleuniger,
arbeiteten mit energiereichen Protonenstrahlen und beschossen damit andere
Protonen in einer mit flüssigem Wasserstoff gefüllten Blasenkammer. Nach Einsteins
Relativitätstheorie lässt sich Energie in Materie umwandeln, und genau das tat die Energie
der Protonen im Strahl, wenn sie mit anderen Protonen im Target zusammenstieß. Die im
Strahl enthaltene Energie schuf die neuen Materieformen, die sogenannten Hadronen.
Das Proton, das Neutron und das Pion, die ersten Hadronen, waren erst die Spitze des
Eisbergs. Heute glauben die Physiker, dass es eine unendliche Vielzahl von Hadronen
gibt; die meisten davon sind sehr instabil und zerfallen in weniger als einer Milliarde
Milliardstel Sekunden in stabilere Hadronen. Als der italienisch-amerikanische Physiker
Enrico Fermi die Proliferation der Hadronen miterlebte, meinte er dazu, wenn er gewusst
hätte, dass dies das Ergebnis der Kernphysik sein werde, hätte er lieber Zoologie studiert.
Fermi drückte damit die Enttäuschung vieler Physiker darüber aus, dass durch das
Vordringen über den Kern hinaus die subnukleare Welt auch nicht einfacher wurde. Auch
wenn man einen Strahl aus energiereichen Protonen auf andere Protonen auftreffen ließ,
wie es in den Beschleunigerlaboratorien in Berkeley und Brookhaven in den Vereinigten
Staaten, bei CERN in der Nähe von Genf und in Dubna und Serpuchow in der Nähe von
Moskau geschah, wurde dadurch keine einfachere Struktur zutage gefördert. Stattdessen
entstanden alle diese Hadronen. Was konnte die Hadronenvielfalt nur bedeuten? Vor
diesem Rätsel standen die theoretischen Hochenergiephysiker in den sechziger Jahren.
Wie stellten sich die theoretischen Physiker die Hadronen vor? Aus Experimenten
Anfang der sechziger Jahre wusste man, dass die Hadronen eine definierte Ausdehnung
im Raum aufweisen - im Gegensatz zum Elektron, das sich eher wie ein Teilchen zu
verhalten scheint, das einem mathematischen Punkt gleicht. Man kann sich die Hadronen,
das Proton zum Beispiel, als kleine Kugeln gebundener Energie ohne feststellbare innere
Struktur vorstellen. Diese Hadronenkugeln konnten rotieren und wiesen eine elektrische
Ladung und magnetische Eigenschaften auf, aber ihr Inneres war unbekannt, eine terra
incognita.
Dass sich die Hadronen wie kleine Kreisel drehen konnten, führte zum ersten Prinzip
ihrer Klassifizierung. Der Spin, also der Eigendrehimpuls, eines Hadrons war wie der
aller Quantenteilchen gequantelt und konnte nur bestimmte Werte annehmen, z. B. 0, 1/2,
1, 3/2, 2..., also einen ganzzahligen oder halbzahligen Wert in bestimmten Einheiten.
Nach diesem gequantelten Spin ließen sich die Hadronen in zwei große Untergruppen
einteilen, die »Mesonen« mit einem ganzzahligen Spin von 0, 1, 2... und die »Baryonen«
mit einem halbzahligen Spin von 1/2, 2/3... Das Proton und das Neutron mit dem Spin 1/2
sind Beispiele für Baryonen. Das Pion mit dem Spin 0 ist ein Meson. Jedes Hadron ist
entweder ein Meson oder ein Baryon.
Die Unterscheidung zwischen Mesonen und Baryonen ist sehr wichtig, denn die Teil-
147