Wien - Neben der Gravitation, der Elektromagnetischen Wechselwirkung und der Schwachen Wechselwirkung ist sie eine der vier physikalischen Grundkräfte: die Starke Wechselwirkung, die die Quarks zusammenhält - also jene "Bausteine", die unter anderem die Nukleonen, die Teilchen, aus denen Atomkerne zusammengesetzt sind, bilden. Eine der noch bestehenden Unklarheiten über diese Kraft konnte nun ein österreichisch-japanisches Forscherteam unter Beteiligung des Stefan-Meyer-Instituts für subatomare Physik (SMI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften ausräumen.

Lange ungeklärt war das Auftreten der Starken Wechselwirkung zwischen Kaonen (bzw. K-Mesonen, Teilchen mittlerer Masse) und Helium-Kernen. Entgegen der theoretischen Beschreibung zeigten Experimente aus den 1970er Jahren, dass eine Wechselwirkung zwischen den im Versuch eingesetzten Antikaonen - den Anti-Materie-Pendants des Kaon - und den Nukleonen im Atomkern in unerwarteter Stärke auftritt. "Die damaligen Experimente zeigten einen rund 100-fach stärkeren Effekt als theoretisch erwartet", so Johann Marton vom SMI. Und fährt fort: "Aufgrund des Fortschritts in der Messtechnik konnte gezeigt werden, dass die Starke Wechselwirkung doch eigentlich viel kleiner ist."

Die Untersuchung

Die Forscher untersuchten kaonisches Helium, ein künstlich hergestelltes Atom, bei dem ein Elektron durch das tausendfach schwerere, negativ geladene Antikaon ersetzt wird. Gemessen wurden minimale Energieunterschiede beim Röntgenübergang zwischen bestimmten Energieniveaus innerhalb des Antikaon-Helium 4-Systems. Die praktische Durchführung der Versuche erfolgte am Teilchenbeschleuniger des japanischen Forschungszentrums KEK in Tsukuba.

"Neuartige Röntgendetektoren, nämlich 'Silizium-Drift-Detektoren', haben präzisere Messungen ermöglicht", so Marton. Diese Detektoren seien erstmals für diese Art von Untersuchungen eingesetzt worden. "Wir konnten so kleine systematische Effekte studieren. Bei den alten Experimenten kamen Röntgendetektoren mit schlechterer Energieauflösung zum Einsatz", so Marton, der mit SMI-Direktor Eberhard Widmann und Kollegen an dem Experiment beteiligt war.

Der Widerspruch, der nur ein scheinbarer war

Die Forscher, die ihre Ergebnisse vor kurzem in der Fachzeitschrift "Physics Letters" publizierten, konnten damit ein seit rund 30 Jahren bestehendes Problem der Starken Wechselwirkung zwischen Antikaon und Helium-4-Kern aufklären.

Die theoretische Beschreibung der starken Wechselwirkung zwischen Antikaon und Kern ist zwar bis heute nicht endgültig geklärt, die aktuellen Messergebnisse bestätigen aber laut den Forschern das, was bis jetzt als gesichert gilt: Der Anteil der starken Wechselwirkung im Antikaon-Helium-System ist - wie theoretisch angenommen - wirklich sehr gering. In erster Linie wirken hier elektromagnetische Kräfte aufgrund der positiven und negativen Ladung des Helium-Kerns und des Antikaons. (APA/red)