Teilchenphysik: Myonen-Experiment am Fermilab deutet auf "neue Physik" hin

Ein "Cousin" des Elektrons verhält sich in Experimenten nicht genau so, wie vorhergesagt. Das stellt das Standardmodell der Teilchenphysik vor Probleme.

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Das Herzstück des Myonen-Experiments am Fermilab

(Bild: Reidar Hahn, Fermilab)

Von
  • Martin Holland

Am Teilchenforschungszentrum Fermilab in den USA wurden bei einem lange vorbereiteten Versuch Hinweise auf eine Abweichung vom Standardmodell der Teilchenphysik bestätigt. Es habe nun noch deutlichere Indizien dafür, dass die sogenannten Myonen von theoretischen Vorhersagen des Standardmodells abweichen, erklärten die beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler. Das könnte darauf hinweisen, dass die Teilchen mit bislang unbekannten Partikeln oder Kräften interagieren. Jene Grenze, ab der in der Teilchenphysik von einer Entdeckung gesprochen wird, hätten sie aber nicht ganz erreicht. Trotzdem liege die Wahrscheinlichkeit, dass es sich bei den Messungen um einen Zufall handelt, bei 1 zu 40.000.

Die "starken Hinweise auf eine neue Physik", wie sie es erklären, stammen demnach aus dem sogenannten "Muon g-2 experiment" am Fermilab (Fermi National Accelerator Laboratory), das Myonen erforscht. Diese Elementarteilchen ähneln Elektronen, sind aber etwa 200 Mal so massereich. Normalerweise werden sie unter anderem erzeugt, wenn kosmische Strahlung auf die Erdatmosphäre trifft, aber Teilchenbeschleuniger wie am Fermilab können sie in großen Mengen produzieren. Außerdem reagieren sie auf starke Magnetfelder, in einer Weise, die von dem sogenannten g-Faktor vorgegeben wird. Der könne nicht nur äußerst präzise vorhergesagt, sondern auch gemessen werden, erklären die Verantwortlichen nun. Und genau diese beiden Werte weichen voneinander ab.

Der g-Faktor hängt nicht nur von den Eigenschaften der Myonen und des jeweiligen Magnetfelds ab, sondern auch von jenen subatomaren Teilchen, die auf dem Weg des Teilchens jederzeit entstehen und wieder vergehen. Mit denen interagieren die Myonen, was den g-Faktor verändert, der so wiederum diese Einflüsse verrät. So sei nun tatsächlich ein Wert gemessen worden, der deutlich von jenem abweicht, den die Theorien vorhersagen. Es müssen also in dem Experiment bisher unbekannte Teilchen oder Kräfte zutage treten. Schon bei einem Vorgängerexperiment Brookhaven National Laboratory sei das der Fall gewesen, aber nun habe man das bestätigt. Die Wahrscheinlichkeit, dass es sich um einen Zufall handle, liege lediglich bei 1 zu 40.000.

Bislang seien aber lediglich 6 Prozent der bei dem Experiment gesammelten Daten ausgewertet worden, es liegen also noch Jahre an Arbeit vor den Forschenden. Auch wenn uns diese Daten schon sagen, dass es hier eine spannende Abweichung vom Standardmodell der Teilchenphysik gebe, würde man in den kommenden Jahren noch viel lernen, erklärte Chris Polly vom Fermilab. An der Forschung waren über 200 Forschende aus 35 Institutionen in sieben Staaten beteiligt, heißt es noch. Finanziert wird das Experiment unter anderem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft DFG. Die Forschungsergebnisse wurden nun in den Physical Review Letters veröffentlicht.

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(mho)