Mesonen

Mesonen, Sammelbezeichnung für eine Familie nicht beständiger Elementarteilchen, zu denen beispielsweise die Pionen (Symbol: p) und Kaonen (Symbol: K) zählen. Vor allem die Kaonen sind äußerst selten – sie konnten bislang erst in zwei Experimenten nachgewiesen werden (1964, 2001).

Mesonen unterliegen der starken Wechselwirkung und werden aufgrund dieser Eigenschaft zu den Hadronen gerechnet. Die Baryonenzahl (ladungsartige Quantenzahl) der Mesonen ist Null, ihr Spin ganzzahlig. Mesonen entstehen u. a. durch Stöße von hoch energetischen Protonen oder Elektronen auf die Atomkerne von Materie, z. B. Wasserstoff. Dabei ist bei diesem Vorgang die kinetische Energie der auftreffenden Teilchen entscheidend. Sie muss bildlich gesprochen so groß sein wie die so genannte Ruheenergie des Mesons.

Die Existenz der Mesonen wurde 1935 von dem japanischen Physiker Hideki Yukawa vorausgesagt. Yukawa erhielt für die Voraussage der Mesonen sowie für seine Arbeiten auf diesem Gebiet 1949 den Nobelpreis für Physik. Experimentell wurden die Mesonen bereits 1947 von Cecil Frank Powell (Nobelpreis 1950) und seinen Mitarbeitern in der kosmischen Strahlung nachgewiesen. Weil die Massenwerte dieser Partikelchen zwischen den Massenwerten von Elektron und Proton liegen, hat man jene damals neuen Elementarteilchen Mesonen genannt (meso: mittel).

Neben den Pionen, Kaonen und den Eta-Mesonen sind noch eine Vielzahl von Teilchen bekannt, die praktisch angeregte Zustände von Mesonen darstellen. Diese werden in der Teilchenphysik auch als Mesonenresonanzen bezeichnet.

Ein Meson mit ungewöhnlicher Zusammensetzung entdeckten Wissenschaftler 1997. Bei den Experimenten konnten die Forscher Messergebnisse erhalten, aus denen sich eine neue Mesonenart („exotische Mesonen”) ableiten lässt. Allerdings werden diese Schlussfolgerungen unter Fachleuten sehr kontrovers diskutiert. Nach dem Standardmodell der Teilchenphysik setzt sich Materie aus Quarks und Leptonen zusammen. Demzufolge wären Mesonen aus einem Quark und einem Antiquark aufgebaut – Protonen und Neutronen bestehen aus drei Quarks. Die exotischen Mesonen scheinen offensichtlich nicht diesem Ordnungsschema zu folgen, sondern sich aus einem Quark, einem Antiquark und möglicherweise einem realen Gluon (siehe Quantenchromodynamik) zusammenzusetzen. Leider gibt es derzeit nicht genügend Daten, um diese Vermutung in voller Tragweite zu untermauern.

Ähnlich liegt der Fall auch bei dem 2003 von japanischen Forschern nachgewiesenen exotischen Meson. Das so genannte X(3872)-Teilchen bildet sich zusammen mit K-Mesonen beim Zerfall von B-Mesonen. Letztere gehen z. B. aus dem Zusammenprall von Positronen und Elektronen hervor. Das neue Teilchen zerfällt nach nur 10^-21 Sekunden und besitzt eine ungewöhnlich große Ruhemasse: Sie ist etwa doppelt so groß wie die von herkömmlichen Mesonen.

Siehe auch Physik