Auch Quarks erhalten die Rotations- und Lorentz-Invarianz, zeigt eine jetzt auf Basis von Daten des ZEUS-Experiments veröffentliche Arbeit.
Der 2007 stillgelegte HERA-Beschleuniger bei DESY liefert der Wissenschaft noch immer wertvolle Ergebnisse. Ein kürzlich veröffentlichtes Papier zeigt, dass Quarks – die Teilchen, die an dem Elektron-Proton-Collider hauptsächlich untersucht wurden –, nicht sichtbar mit potenziellen kosmischen Hintergrundfeldern wechselwirken und deshalb eine grundlegende Symmetrie der Natur erhalten: die Rotations- und Lorentz-Invarianz. HERA war spezialisiert auf die Untersuchung von Quarks, so dass diese Ergebnisse wichtige Orientierungs-Grenzen für andere Experimente und Untersuchungen setzen.
Jedes Experiment, das auf der Erde gemacht wird, hat zu jedem Zeitpunkt eine genau definierte Ausrichtung und Geschwindigkeit in Bezug auf das Zentrum des Sonnensystems, das Zentrum der Galaxie und das Ruhesystem des Universums. Die Rotations- und Lorentzinvarianz besagt, dass diese Symmetrien keine Auswirkungen auf die Teilchen im Experiment haben sollten. Während dies bei vielen Teilchen des Standardmodells der Teilchenphysik überprüft werden kann, ist es bei Quarks etwas schwieriger. Quarks bilden Hadronen – zum Beispiel das Proton und das Neutron – und gehören damit zu den Grundbausteinen des Atomkerns. Allerdings sind sie als Bausteine schwierig zu untersuchen: Sie können nicht isoliert existieren, das heißt, sie tauchen immer im Verbund mit anderen Quarks auf. HERA war eine einzigartige Anlage zur Untersuchung von Hadronen, die viel kleinere Elektronen mit Protonen kollidieren ließ, um die Strukturen des Protons zu untersuchen. HERA wurde intensiv genutzt, um wesentliche Details über das Verhalten von Quarks und den Aufbau des Protons zu erfahren – Wissen, das für heutige Collider wie den Large Hadron Collider am CERN unerlässlich ist.
Fast zwei Jahrzehnte nach der Abschaltung von HERA kommen immer noch neue Erkenntnisse dazu. Kürzlich haben sich zwei theoretische Physiker der Universitäten Indiana und Sussex dem ZEUS-Team bei DESY angeschlossen, um die Rotations- und Lorentz-Invarianz sowie das Verhalten der Quarks zu untersuchen. Anhand der Daten des HERA-Detektors ZEUS, die zwischen 2003 und 2007 genommen wurden, analysierten sie die Kollisionen erneut und suchten nach Anomalien bei den Quarks. Solche Anomalien hätten ein Hinweis darauf sein können, dass sich das Experiment - und damit der Raum um die Erde - durch ein noch unbekanntes Feld bewegt, das man sonst nicht sehen kann. Die Ergebnisse zeigen jedoch, dass die Rotations- und Lorentz-Invarianz für Quarks gültig ist – was bedeutet, dass solche Felder entweder gar nicht existieren oder, falls doch, die Quarks nicht signifikant mit ihnen wechselwirken.
„Das sind wichtige Details für die Suche nach Physik jenseits des Standardmodells“, sagt DESY-Wissenschaftler Achim Geiser, der Teil des Analyseteams war. „Damit haben wir einige der weltweit besten Grenzen auf die Verletzung dieser Invarianz erzielt, da wir sehen können, dass es keine signifikanten Auswirkungen auf leichte Quarks innerhalb des Hadrons gibt.“
DOI:10.1103/PhysRevD.107.092008
