23 MĂ€rz 2021

CERN ist neuer Naturkraft auf der Spur

Forschende der UZH und des CERN haben etwas entdeckt, das ein fundamentales physikalisches Gesetz in Frage stellt: Bei Experimenten entsprach das Resultat nicht der erwarteten „Lepton-UniversalitĂ€t“. Vermutet wird, dass eine neue, noch unbekannte Kraft im Spiel ist.

„Wenn sich das bestĂ€tigt, wĂ€re es die grösste Entdeckung in der Teilchenphysik innerhalb der letzten Jahrzehnte“, sagte Nico Serra dem „Tages-Anzeiger“. Serra ist Professor fĂŒr Experimentalphysik am Physik-Institut der UniversitĂ€t ZĂŒrich (UZH) und arbeitet am Cern unter anderem mit dem Detektor LHCb am Large Hadron Collider (LHC). Noch wiegelt Serra ab: „Wir haben noch zu wenig Messdaten, um zu wissen, ob die beobachtete Abweichung vom Standardmodell der Teilchenphysik tatsĂ€chlich vorhanden ist oder nicht“.

Die im Fokus stehende UnregelmĂ€ssigkeit ist gemĂ€ss Mitteilung vom Dienstag 2014 am CERN erstmals beobachtet worden: Beim Zerfall von Mesonen in Elektronen und Myonen war das Resultat nicht – wie es die Theorie verlangt – eins. Aber so klar wie jetzt sei die Diskrepanz damals nicht gewesen, so Serra. Mittlerweile seien in Japan und den USA dieselben Abweichungen zum erwarteten Standard festgestellt worden.

Sollte sich die Abweichung bestĂ€tigen, wĂŒrde dies eine Physik jenseits des Standardmodells implizieren, heisst es im CommuniquĂ©. Denkbar wĂ€re eine neue fundamentale Kraft zusĂ€tzlich zu den vier GrundkrĂ€ften: Gravitation, Elektromagnetismus, schwache Wechselwirkung, die fĂŒr RadioaktivitĂ€t verantwortlich ist, und starke Wechselwirkung, welche die Materie zusammenhĂ€lt.

Beim im Zentrum stehenden Large Hadron Collider beauty-Experiments (LHCb-Experiment) entstehen bei der Kollision von hochenergetischen Protonenstrahlen im Teilchenbeschleuniger sogenannte Beauty-Quarks. Sie zerfallen praktisch sofort an Ort und Stelle. Forschende rekonstruieren die Eigenschaften der kurzlebigen, zusammengesetzten Teilchen anhand ihrer Zerfallsprodukte.

Nach den etablierten Gesetzen der Teilchenphysik – dem sogenannten Standardmodell – sollten die Beauty-Quarks mit der gleichen Wahrscheinlichkeit in einen Endzustand mit Elektronen beziehungsweise Myonen, den viel schwereren Geschwistern der Elektronen, zerfallen. In einigen ZerfĂ€llen widersprach aber die Messung diesem Theorem.

In der Elementarteilchenphysik werden Beobachtungen zu echten Entdeckungen, wenn die Wahrscheinlichkeit eines Irrtums unter BerĂŒcksichtigung aller bekannten Fehler weniger als eins zu drei Millionen oder 0,00003 Prozent betrĂ€gt. „Es ist also noch zu frĂŒh fĂŒr eine endgĂŒltige Schlussfolgerung“, lĂ€sst sich Serra im CommuniquĂ© zitieren.

„Doch die LHCb-Kollaboration verfĂŒgt ĂŒber alle Voraussetzungen, um in Beauty-Quark-ZerfĂ€llen die mögliche Existenz von Effekten einer neuen Physik zu klĂ€ren. Was wir dazu brauchen, sind viele weitere Messungen“,

Das LHCb „ist ein Experiment, mit dem erforscht werden soll, was nach dem Urknall geschah, damit die Materie ĂŒberleben und das Universum aufbauen konnte, in dem wir heute leben“, heisst es auf der Webseite des CERN.

(text:sda/bild:pixabay)