Protonen, positiv geladene Bausteine der Atomkerne, blähen sich auf, wenn sie auf sehr hohe Energien beschleunigt, werden. Diese eigenartige Entdeckung machten unlängst Wissenschaftler am Europäischen Kernforschungszentrum CERN in Genf. Ein internationales Forscherteam hatte dort zwei hochenergetische Protonenstrahlen fast frontal aufeinanderprallen lassen und die Folgen solcher Kollisionen untersucht – ein Experiment, das in dem vor zwei Jahren in Betrieb genommenen Speicherringsystem der CERN-Laboratorien durchgeführt wurde.

Die ungefähre Größe des 1919 von Ernest Rutherford entdeckten Protons ist den Forschern seit Jahren aus Streuexperimenten bekannt: Der Durchmesser dieses Teilchens (das den Kern jedes Wasserstoffatoms bildet und zusammen mit Neutronen in allen anderen Atomkernen auftritt) beträgt nur etwa den millionsten Teil eines millionstel Millimeters. Wenn allerdings zwei solcher Partikel aufeinanderstoßen, stellt jedes Proton für das andere eine Zielscheibe dar, deren Größe nicht scharf begrenzt ist: Beide Protonen besitzen Einflußbereiche, die ihre Abgrenzungen verschwommen erscheinen lassen.

Diese Abgrenzungssphären – die Physiker sprechen von Wirkungsquerschnitten – sind von der Energie der miteinander kollidierenden Teilchen abhängig. Sie nehmen zunächst, wie Physiker in Genf, Serpuchow/UdSSR und Batavia/USA schon früher feststellten, mit wachsender Geschwindigkeit der Protonen ab und sollten sich dann allmählich, so jedenfalls glaubten die Physiker bisher, auf einen konstanten Wert einstellen. Daß dies nicht geschieht, sondern die Wirkungsquerschnitte vielmehr wider Erwarten wieder ansteigen, ist das überraschende Resultat der jüngsten CERN-Experimente, bei denen man erstmals mit besonders hohen Stoßenergien laborierte (verglichen mit früheren Versuchen, bei denen ein bewegtes Proton von 30 bis 100 Milliarden Elektronenvolt Energie auf ein ruhendes traf, wurden diesmal bei der Kollision zweier bewegter Protonen bis zu umgerechnet 2000 Milliarden Elektronenvolt umgesetzt).

Die Physiker konnten darüber hinaus abschätzen, daß sich nicht nur der Wirkungsquerschnitt ändert, sondern auch der Protonendurchmesser selbst anwächst. Die Protonen werden also, wie es die Wissenschaftler drastisch formulierten, mit wachsendem Tempo „fetter“.

Vielleicht, so mutmaßen manche Forscher, hängt dieses Aufblähen mit der inneren Struktur der Protonen zusammen. Diese oft als elementar betrachteten Teilchen scheinen nämlich selbst wieder aus winzigen geladenen Partikeln (sogenannten Partonen) aufgebaut zu sein. Solche Partonen konnten zwar bisher noch nicht direkt beobachtet werden, doch sprechen einige Indizien (zum Beispiel Streuexperimente von Elektronen an Protonen) für ihre mögliche Existenz.

Es könnte nun sein, daß die noch unbekannten starken Kräfte, die derartige Partonen vermutlich im Proton aneinanderbinden, bei hohen Energien gleichsam aufgeweicht werden und zu einem vergrößerten Protondurchmesser Anlaß geben. Eine Frage, die die bisherigen Vorstellungen von den Elementarteilchen gründlich revidieren würde, die aber frühestens nach Fertigstellung des neuen Hochenergiebeschleunigers von CERN (1976/77) zu beantworten sein wird.

M. G.