HERA-Experimente H1 und ZEUS veröffentlichen ihre kombinierte Datenanalyse
15 Jahre lang wurde an Deutschlands größtem Teilchenbeschleuniger HERA gemessen, weitere acht Jahre wurden die Daten ausgewertet und analysiert. Jetzt haben die Teilchenphysiker der beiden großen HERA-Experimente H1 und ZEUS die weltweit präzisesten Resultate über die innere Struktur und das Verhalten des Protons veröffentlicht.
Brodelnder Teilchensee im Inneren des Teilchens
Die Analyse zeichnet ein detailliertes Bild vom brodelnden Teilchensee im Inneren des Teilchens. Die Teams beider Detektoren kombinierten für die Auswertung die Daten von mehr als zwei Milliarden Teilchenkollisionen, die sie an DESYs Beschleuniger HERA beobachtet hatten. Rund 300 Autoren von 70 Forschungsinstituten haben intensiv an dieser Analyse gearbeitet.
„Diese Publikation beinhaltet die Kronjuwelen von HERA und wird auf lange Zeit das präziseste Bild des Protons sein wird“, so DESY-Forschungsdirektor Joachim Mnich. „Diese Ergebnisse sind nicht nur wichtig für das Verständnis der grundlegenden Eigenschaften der Materie, sie sind auch eine essentielle Basis für Experimente an Protonenbeschleunigern wie dem LHC am CERN in Genf.
In jedem einzelnen Atomkern unseres Universums befinden sich Protonen. Seit Jahrzehnten ist bekannt, dass sie sich aus drei Quarks zusammensetzen – zwei up- und ein down-Quark –, die durch die sogenannten Gluonen zusammengehalten werden, die Trägerteilchen der starken Kraft. Dieses Bild zählt zum Wissen, das an Schulen gelehrt wird. Das wahre Innenleben des Protons ist jedoch wesentlich komplexer: Das Proton gleicht einer brodelnden Teilchensuppe, in der Gluonen weitere Gluonen produzieren oder Quark-Antiquark-Paare bilden, die sogenannten Seequarks, die wiederum alle sehr schnell wieder miteinander wechselwirken.
Der Teilchenbeschleuniger HERA (Hadron-Elektron-Ring-Anlage) wurde gebaut, um tief in das Innere des Protons hineinzusehen und seine Struktur mit Hilfe von Elektronen als Sonden genauestens zu untersuchen. Von 1992 bis 2007 wurden dazu Protonen in einem 6,3 Kilometer langen, supraleitenden Beschleunigerring auf fast Lichtgeschwindigkeit beschleunigt, bevor sie mit in entgegengesetzter Richtung beschleunigten Elektronen – oder deren Antiteilchen, den Positronen – zusammenprallten. Elektronen und Positronen gehören zur Elementarteilchensorte der Leptonen. Die Leptonen drangen tief in das Proton ein und wurden jeweils an einem der Bausteine des Protons gestreut. Das geschieht entweder über die elektromagnetische oder über die sogenannte schwache Kraft, zwei der vier fundamentalen Kräfte der Natur. Die Reaktionen wurden in den beiden hausgroßen Vielzweck-Detektoren H1 und ZEUS gemessen.
Folgt: Struktur des Protons immer dynamischer, je höher die Energie