Von der mehrfachen Entdeckung der Quarks

Es ist amüsant zu beobachten, wie skeptisch die Vertreter einer so ernsten Wissenschaft wie der Physik werden, wenn man sie fragt, ob es die „Quarks" denn nun wirklich gibt. Un J dabei behauptet ein Team von Wissenschaftlern dreier Hochschulen der USA in der Fachzeitschrift „Physical Review Leiters" vom 20. April allen Ernstes, die Existenz eines Quarkteilchens experimentell nachgewiesen zu haben. Es scheinen sich damit frühere Beobachtungen des australischen Professors Charles B. A. McCusker zu bestätigen. Was sind die Quarks und was macht ihre mögliche Existenz so geheimnisvoll?

Mit Hilfe der großen Beschleuniger haben die Physiker in den zurückliegenden Jahren eine kaum noch zu übersehende Zahl der kleinsten Bausteine der Materie, der Elementarteilchen, entdeckt. Angesichts einer solchen Fülle von Teilchen tritt mehr und mehr die Frage in den Vordergrund, ob es ein ordnendes Prinzip oder aber eine theoretische Formel gibt, die die Elementarteilchen umfassend beschreibt.

Alle Ansätze einer universellen theoretischen Beschreibung der Elementarteilchen und iL es Wechselspiels miteinander konnten bisher die Fachgelehrten nicht überzeugen, da sie entweder eine ganz falsche oder nur eine höchst dürftige Wiedergabe der experimentellen Resultate gestatten. Das ist verständlich, wenn man weiß, welch ungeheurer mathematischer Aufwand sich hinter der gesuchten „Weltformel" verbirgt. Auf einem ganz anderen Weg versuchen eine große Zahl von Theoretikern Ordnung in die Welt der Elementarteilchen zu bringen. Sie gehen davon aus, daß die Natur auch ohne das Lösen äußerst komplizierter Formeln ihre Geheimnisse preisgibt. Dabei sehen sie sich in ihrer Vermutung dadurch bestätigt, daß die Elementarteilchen auf überraschend einfache Weise in übersichtliche Gruppen eingeteilt werdtn können, wenn man auf sie einen nach dem norwegischen Mathematiker Marius Sophus Lie benannten Kalkül anwendet.

Die Gruppen enthalten drei, acht, zehn oder mehr Mitglieder, und für sie bestehen festgelegte und wohlbekannte Gesetzmäßigkeiten. Fle Einteilung der Elementarteilchen in Liesche Gruppen hat aber einen schwerwiegenden Mangel: Die drei Vertreter der einfachsten Gruppe sind bu" er experimentell nicht ausreichend bestätigt worden. Diese drei Teilchen sind von dem amerikanischen theoretischen Physiker Murray Gell Man, der besondere Verdienste um die Klassifizierung der Elementarteilchen hat, spaßeshalber „Quarks" genannt worden.

Der Liesche Formalismus sagt vorher, daß die Quarks eine Eigenschaft haben müssen, die sie von allen anderen Elementarteilchen unterscheidet: Im Gegensatz zu ihnen, die häufig eine negative oder positive elektrische Ladung besitzen — Elementarladung genannt —, haben die Quarks nur einen Bruchteil — ein beziehungsweise zwei Drittel — dieser Elementarladung. Gerade diese Eigenschaft sollte die Quarks beim Durchfliegen von Nebel- oder Blasenkammern leicht verraten. In diesen Geräten hinterlassen elektrisch geladene Teilchen entlang ihrer Flugbahn eine Spur winziger Tröpfchen oder Bläschen, vergleichbar dem Kondensstreifen eines Flugzeuges. Da die elektrische Ladung der Quarks kleiner ist als die der „gewöhnlichen" Teilchen, sollten ihre Spuren entsprechend dünner sein.

Eine solche dünne Spur haben die amerikanischen Physiker bei der Auswertung von Blasenkammerphotos gefunden. Das Quarkteilchen entstammt offenbar der kosmischen Strahlung und durchlief die Blasenkammer zufällig in dem Augenblick, als routinemäßig ein Bild von Teilchenspuren in der Kammer gemacht wurde. Obwohl die Beweiskraft für die Existenz von Quarks bei diesem Experiment stärker zu sein scheint als bei den vorhergehenden Untersuchungen in Australien, ist die Skepsis der Physiker berechtigt. Es widerspricht nicht nur dem Gefühl eines Laien, den Nachweis eines so fundamentalen Teilchens mit Hilfe einer einzigen photographischen Spur erbracht zu haben.

Die Veröffentlichung der amerikanischen Forscher führt auch den Außenstehenden vor Augen, wie hart der Kampf um Ruhm heutzutage in der Physik geführt werden muß: Ein Mitarbeiter der Blasenkammergruppe vom Deutschen ElektronenSynchrotron DESY in Hamburg kommentierte das Ereignis lakonisch mit den Worten: „Wir haben die Quarks in den vergangenen Jahren mehrfach entdeckt Walter Urst