Die Ergebnisse eines der am heißesten erwarteten Experimente in der Teilchenphysik liegen vor und könnten die wildesten Träume eines jeden Forschers erfüllen: Sie könnten vielleicht die Physik brechen, wie wir sie kennen.
Beweise aus dem Fermi National Accelerator Laboratory in der Nähe von Chicago scheinen auf ein Winziges hinzudeuten subatomares Teilchen bekannt als Myon Wackeln weit mehr als die Theorie vorhersagt. Die beste Erklärung ist laut Physikern, dass das Myon durch Arten von Materie und Energie bewegt wird, die der Physik völlig unbekannt sind.
Wenn die Ergebnisse wahr sind, stellt die Entdeckung einen Durchbruch in der Teilchenphysik dar, wie er seit 50 Jahren nicht mehr gesehen wurde, als die vorherrschende Theorie zur Erklärung subatomarer Teilchen entwickelt wurde. Das winzige Wackeln des Myons – das magnetische Moment genannt – könnte die Grundlagen der Wissenschaft erschüttern.
“Heute ist ein außergewöhnlicher Tag, auf den nicht nur wir, sondern die gesamte internationale Physikgemeinschaft lange gewartet hat”, so Graziano Venanzoni, Co-Sprecher des Muon g-2-Experiment und Physiker am italienischen Nationalen Institut für Kernphysik, sagte in einer Erklärung .
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Manchmal als “fette Elektronen” bekannt, ähneln Myonen ihren bekannteren Cousins, sind jedoch 200-mal schwerer und radioaktiv instabil – zerfallen in nur Millionstelsekunden in Elektronen und winzige, gespenstische, ladungslose Teilchen, die als Neutrinos bekannt sind. Myonen haben auch eine Eigenschaft namens Spin, die sie dazu bringt, sich wie winzige Magnete zu verhalten, wodurch sie wie kleine Gyroskope wackeln, wenn sie in ein Magnetfeld fallen.
Die heutigen Ergebnisse, die aus einem Experiment stammen, bei dem Physiker Myonen um einen supraleitenden Magnetring sausen ließen, scheinen zu zeigen, dass das Myon weit mehr wackelt, als es sein sollte. Die einzige Erklärung, so die Wissenschaftler der Studie, ist die Existenz von Partikeln, die noch nicht durch die Gleichungen erklärt wurden, die alle subatomaren Partikel erklären, das so genannte Standardmodell, das seit Mitte der 1970er Jahre unverändert geblieben ist. Diese exotischen Teilchen und die damit verbundenen Energien, so die Idee, würden an den Myonen im Ring stupsen und daran ziehen.
Die Fermilab-Forscher sind relativ zuversichtlich, dass das, was sie sahen (das zusätzliche Wackeln), ein echtes Phänomen und kein statistischer Zufall war. Sie setzen eine Zahl auf dieses Vertrauen von “4,2 Sigma”, das unglaublich nahe an der 5-Sigma-Schwelle liegt, bei der Teilchenphysiker eine wichtige Entdeckung erklären. (Ein 5-Sigma-Ergebnis würde darauf hinweisen, dass es eine 1: 3,5-Millionen-Chance gibt, dass es zufällig passiert ist.)
“Diese Größe, die wir messen, spiegelt die Wechselwirkungen des Myons mit allem anderen im Universum wider. Wenn die Theoretiker jedoch dieselbe Größe unter Verwendung aller bekannten Kräfte und Teilchen im Standardmodell berechnen, erhalten wir nicht dieselbe Antwort.” Renee Fatemi, Physikerin an der University of Kentucky und Simulationsmanagerin für das Muon g-2-Experiment, sagte in einer Erklärung. “Dies ist ein starker Beweis dafür, dass das Myon für etwas empfindlich ist, das nicht in unserer besten Theorie steht.”
Eine Konkurrenzberechnung wurde jedoch von einer separaten Gruppe durchgeführt und am Mittwoch (7. April) in der Zeitschrift veröffentlicht Natur könnte das Wackeln seiner Bedeutung berauben. Nach den Berechnungen dieses Teams, die dem unsichersten Term in der Gleichung, der die Schaukelbewegung des Myons vorhersagt, einen viel größeren Wert geben, stimmen die experimentellen Ergebnisse vollständig mit den Vorhersagen überein. Zwanzig Jahre Partikeljagd hätten alles umsonst sein können.
“Wenn unsere Berechnungen korrekt sind und die neuen Messungen die Geschichte nicht ändern, brauchen wir anscheinend keine neue Physik, um das magnetische Moment des Myons zu erklären – es folgt den Regeln des Standardmodells”, so Zoltan Fodor, Professor für Physik am Penn State und Leiter des Forschungsteams, das das Nature-Papier veröffentlicht hat, sagte in einer Erklärung .
Aber Fodor fügte hinzu, dass angesichts der Tatsache, dass die Vorhersage seiner Gruppe auf einer völlig anderen Berechnung mit sehr unterschiedlichen Annahmen beruhte, ihre Ergebnisse alles andere als erledigt waren. “Unser Ergebnis bedeutet, dass es eine Spannung zwischen den vorherigen theoretischen Ergebnissen und unseren neuen gibt. Diese Diskrepanz sollte verstanden werden”, sagte er. “Darüber hinaus könnten die neuen experimentellen Ergebnisse den alten oder den vorherigen theoretischen Berechnungen nahe kommen. Wir haben viele Jahre der Aufregung vor uns.”
Im Wesentlichen können Physiker nicht abschließend sagen, ob brandneue Partikel an ihren Myonen ziehen, bis sie genau vereinbaren können, wie die 17 vorhandenen Standardmodellpartikel auch mit Myonen interagieren. Bis eine Theorie siegt, bleibt die Physik im Gleichgewicht.
Ursprünglich auf Live Science veröffentlicht.