Kleine Teilchen, großes Rätsel - Wuppertaler entschlüsseln Quarks
Physiker Christian Hoelbling von der Bergischen Uni und sein Team haben die Masse der Quarks errechnet.
Wuppertal. Christian Hoelbling strahlt. Er ist in seinem Element. Auf einem Blatt Papier malt er Quarks auf: Drei ganz kleine Punkte in einem großen Kreis. „Der große Kreis ist ein Proton oder ein Neutron. Und in jedem Kern stecken immer drei Quarks“, sagt Hoelbling während er wieder den Stift ansetzt. Physik zu erklären ist gar nicht so leicht. Vor allem, wenn das Gegenüber keine Ahnung von Atomen und Materie hat. Für den Physiker der Wuppertaler Universität sind diese Begriffe wie alte Freunde — er begegnet ihnen täglich bei seiner Arbeit.
Ein Detail war ihm aber bis vor kurzem noch unbekannt: Wie schwer die kleinsten Bausteine des Atomkerns, die Quarks, sind. Mit einem internationalen Team von zehn Wissenschaftlern hat er dieses Rätsel gelöst. Ein Quark wiegt sechs MeV (Megaelektronvolt). Das bedeutet, in einem Gramm wären eine Quadrillion Quarks enthalten — eine Quadrillion ist eine Eins mit 24 Nullen. Jedes Staubkorn ist im Vergleich dazu tonnenschwer.
„Und das ist das schwere Quark. Das leichtere hat nur das halbe Gewicht“, erklärt Hoelbling. In einem Proton sind immer zwei leichte Quarks und ein schweres enthalten, beim Neutron ist das Verhältnis umgekehrt. Supercomputer des Forschungszentrums Jülich und der Bergischen Universität haben die Quark-Masse berechnet. Denn einfach ein Quark auf die Waage legen, das geht nicht.
„Wir wissen, wie schwer ein Atom ist. Deshalb haben wir quasi rückwärts gerechnet und sind alle Möglichkeiten durchgegangen wie schwer die Einzelbestandteile, also die Quarks, sein müssten, damit das Gesamtgewicht rauskommt.“ Zwei Jahre haben die Computer gebraucht. Allerdings konnten die Forscher derweil nicht die Füße hochlegen. „Zwei- bis dreimal am Tag mussten wir die Zwischenrechnungen überprüfen und eventuell etwas neu programmieren.“
Wie ein Quark aussieht, das bleibt allerdings ein Mysterium. „Man glaubt, es ist punktförmig“, sagt der Physiker. Das Teilchen ist derart klein, dass kein Mikroskop es darstellen könnte. Und was kann man mit dem Rechen-Ergebnis anfangen? „Nicht wirklich viel. Es ist ein Erkenntnisgewinn.“ Aber da die Quark-Masse darüber entscheidet, welche Atomkerne stabil sind und welche nicht, sind die kleinen Quarks quasi verantwortlich für die Existenz der Welt, wie wir sie kennen. Das ist doch schon mal was. Ganz abgesehen davon, dass zahlreiche Wissenschaftskollegen voll dies Lobes sind für die Super-Rechner aus Jülich und Wuppertal.
