Seltsame Materie

Seltsame Materie (engl. strange matter oder Strangelet) besteht aus Elementarteilchen, die das Strange-Quark (strange = seltsam) enthalten und auf der Erde nicht in stabiler Form vorkommen. Sie werden auch als „seltsam“ bezeichnet, weil sie unter anderem nicht über dieselbe Kraft zerfallen, durch die sie entstehen.

Zur Seltsamen Materie gehören auch die seltsamen Teilchen (engl. strange particles), diese Elementarteilchen weisen eine „Strangeness“ von S ≠ 0 auf. Als erstes seltsames Teilchen wurde das Kaon 1947 durch G. D. Rochester, C. C. Butler in Nebelkammeraufnahmen von kosmischer Strahlung beobachtet.^[1]

Bedeutung im Standardmodell

Gemäß dem Standardmodell der Elementarteilchenphysik gibt es sechs verschiedene Quarks sowie sechs Leptonen. Diese Elementarteilchen werden nach ihrem Gewicht in drei Generationen unterteilt (I. Generation = leichte, II. Generation = mittel, III. Generation = schwere Teilchen). Protonen und Neutronen, also normale Materie, bestehen nur aus Quarks der ersten Teilchengeneration (up- und down-Quark). Das Strange-Quark gehört zur zweiten Teilchengeneration.

Baryonen, die ein Strange-Quark enthalten, heißen Hyperonen. Diese Teilchen zerfallen jedoch unter normalen Bedingungen in kürzester Zeit. Auch Mesonen, die aus einem Quark und einem Antiquark bestehen, können das Strange-Quark enthalten (z. B. die Kaonen). Teilchen mit einem Strange-Quark werden als seltsame Teilchen, Teilchen mit zwei Strange-Quarks entsprechend als doppelt seltsame Teilchen bezeichnet.

Astrophysiker nehmen an, dass sich in schwereren Neutronensternen ab etwa 1,5 Sonnenmassen unter genügend großem Druck der Gravitation die vorhandenen Neutronen in ihre Quark-Bestandteile zerlegen, wobei sich eines der beiden Down-Quarks in ein Strange-Quark umwandeln soll. Damit könnten Neutronensterne Orte sein, an denen Seltsame Materie stabil existieren kann. Einige Zeit vermutete man den Neutronenstern RX J1856 im Sternbild Südliche Krone als einen solchen Kandidaten, jedoch haben neuere Messungen diese Annahme inzwischen widerlegt^[2].

Hypothetische Eigenschaften

Es gibt theoretische Überlegungen, nach denen von stabiler, seltsamer Materie eine gewisse Gefahr ausgehen könnte. Dabei sollen kleine Mengen freier, seltsamer Materie normale Materie absorbieren und ebenfalls in stabile, freie seltsame Materie umwandeln.^[3] Dabei wird auch argumentiert, dass seltsame Materie mit zunehmender Massenzahl immer stabiler werden könnte und ab einer Masse von ca. 1000 Protonen völlig stabil sein könnte. Nach Berechnungen Jens Madsens von der Universität Aarhus sind sehr kleine Mengen von seltsamer Materie zu instabil, um mit Atomkernen zu reagieren. Größere Mengen mit einer Masse von ca. 1000 Protonen sind dagegen technisch kaum zu erzeugen. Berechnungen dieser Art spielen auch bei der Risikobeurteilung moderner Teilchenbeschleuniger, wie dem Large Hadron Collider, eine gewisse Rolle.

Da in der Natur bisher keinerlei Hinweise für die tatsächliche Existenz von Prozessen gefunden wurden, bei denen normale Materie durch freie, seltsame Materie in stabile, seltsame Materie überführt wird, geht man allgemein davon aus, dass bei künstlichen Prozessen keine Gefahr von der künstlich erzeugten, seltsamen Materie ausgeht.

Trivia

In dem Roman "Der Krater" von Douglas Preston spielt seltsame Materie eine wesentliche Rolle und wird dort von einer außerirdischen Macht als Waffe eingesetzt.

Siehe auch

• Exotische Materie
• Quarkstern

Literatur

• Wolfgang Demtröder: Experimentalphysik Band 4. Kern-, Teilchen- und Astrophysik. 2. Auflage. Springer, Berlin 2004, ISBN 3540214518.
• Jonathan L. Rosner, Bruce D. Winstein: Kaon Physics. Univ of Chicago Pr, 2001, ISBN 0226902285.

Weblinks

• The Story of Strangelets (Englisch)

Einzelnachweise

1. ↑ G. D. Rochester, C. C. Butler: Evidence for the Existence of New Unstable Elementary Particles. 1947, doi:10.1038/160855a0 ([1]).
2. ↑ Timothy M. Braje, Roger W. Romani: RX J1856–3754: Evidence for a Stiff Equation of State. In: Astrophysical Journal. Volume 580, 2002, S. 1043–1047, doi:10.1086/343895, arXiv:astro-ph/0208069.
3. ↑ Edward Witten: Cosmic separation of phases. In: Physical Review D (Particles and Fields). 30, Nr. 2, 1984, S. 272–285, doi:10.1103/PhysRevD.30.272.