Wie eine Zwiebel besteht das Proton, der elektrisch positiv geladene Bestandteil des Atomkerns, wahrscheinlich aus mehreren Schalen. Diese Hypothese hat ein amerikanisches Physikerteam nach dem Studium der Ergebnisse aufgestellt, die die Forschergruppe in Experimenten an einem Protonenbeschleuniger des Argonne National Laboratory (Chicago) erzielte.

Versuche, die insbesondere am Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) in Hamburg durchgeführt wurden, hatten bereits ergeben, daß das Proton kein punktförmiges Gebilde ist, sondern eine Struktur besitzt. Beim Beschuß von Protonen mit Elektronen hoher Energie stellte sich nämlich heraus: Die Elektronen prallen vom Proton nicht etwa so ab, wie kollidierende Billardkugeln, also nach den Gesetzen des elastischen Stoßes; vielmehr ließen die Abprallwinkel erkennen, daß die Elektronen zunächst in eine Hülle des Protons eingedrungen waren, eine Hülle aus sogenannten Pi-Mesonen, ehe der Rückstoß erfolgte. Die Pi-Mesonen, auch Pionen genannt, sind unstabile Partikel, die eine Art „Leim“ darstellen, der die Atomkerne zusammenhält.

Die amerikanische Arbeitsgruppe führte jetzt solche Streuversuche mit stark beschleunigten Protonen durch, die in ein Stück Kunststoff (Polyäthylen) hineingeschossen wurden. Dieses Bombardement wurde über einen Monat lang Tag und Nacht durchgeführt, und dabei trafen in jeder Sekunde rund hundert Milliarden der beschleunigten Teilchen auf die Protonen des Kunststoffstücks. Die nach jenen Zusammenstößen gemessene Energieverteilung der abgeprallten „Geschosse“ weist nun darauf hin, daß einige davon durch eine zweite, dichtere innere Schale des Protons bis zu einem härteren Kern vorgestoßen waren, ehe sie ihren Weg fortsetzten.

Professor Alan D. Krisch, Ordinarius für Physik an der Universität Michigan und Leiter des Forscherteams, berichtet zusammen mit seinen Mitarbeitern über dieses Experiment in der jüngsten Ausgabe der „Physical Review Letters“ (21. November).

In einer Pressemitteilung der Michigan-Universität erklärt Professor Krisch hierzu: „Vorerst kann dieser Befund zwar noch nicht als gesichert gelten, weil noch weitere Experimente erforderlich sind, aber es sieht so aus, als bestünde das Proton aus mindestens drei Teilen: einer Pionenhülle mit dem Durchmesser von neun Zehntel Fermi, einer zweiten, härteren Schale aus bisher noch nicht identifizierten Teilchen mit dem Durchmesser von einem halben Fermi und einem Kern von einem Drittel Fermi Durchmesser.“ (Ein Fermi entspricht einem billionstel Millimeter.)

Ein Mitglied der Arbeitsgruppe, Lazarus G. Rainer, äußerte in einem Telephon-Interview den Verdacht, daß man mit erheblich energiereicheren Protonenstrahlen, wie sie von den geplanten großen Beschleunigungsmaschinen erzeugt werden können, wahrscheinlich noch weitere Protonenschalen entdecken wird.

Thomas von Randow