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TEILCHENPHYSIK
Ein Fehler im Standardmodell?
Redaktion
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12. Februar 2001

Für Teilchenphysiker war es eine kleine Sensation: Die Ergebnisse eines Experimentes am Brookhaven National Laboratory in den USA scheinen im Widerspruch zur bisherigen Theorie über den Aufbau der Materie zu stehen. Für die Forscher könnte dies der erste Schritt in die Welt der Supersymmetrie sein, was auch für Kosmologen von nicht unerheblicher Bedeutung wäre.  

Experiment am BNL
Das Experiment im Brookhaven National Laboratory. Foto: BNL/Ripp Bowman

Ende vergangener Woche sorgten die Forschungsergebnisse eines Team von Wissenschaftlern aus elf Institutionen in Deutschland, Japan, Russland und USA, die am Brookhaven National Laboratory in New York gewonnen wurden, für erheblichen Wirbel: Die Resultate unterschieden sich nämlich deutlich von Vorhersagen, die im Rahmen des sogenannten Standardmodells der Teilchenphysik gemacht wurden. Dieses - bislang recht zuverlässige - theoretische Gebäude wurde im Verlauf der letzten dreißig Jahre entwickelt und fasste alle bisherigen Beobachtungen der experimentellen Teilchenphysik in hervorragender Weise zusammen.

Doch dies könnte sich nun ändern: In Brookhaven wurde an einem dem Elektron verwandten Elementarteilchen, dem Myon, in einem Präzisionsexperiment eine bestimmte Eigenschaft vermessen, die sich magnetische Anomalie nennt. Manche Physiker hatten diesen Wert schon länger im Verdacht, dass zu ihm auch neue, bisher unbekannte grundlegende Naturkräfte beitragen könnten.
Das Experiment in Brookhaven wurde in einem speziell dafür hergestellten Magneten durchgeführt, der mit 14 Meter Durchmesser die weltgrößte supraleitende Spule enthält. 

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Myonen haben ein sogenanntes magnetisches Moment, man kann sie sich also ähnlich wie kleine Stabmagneten vorstellen. Werden diese nun mit hoher Geschwindigkeit in ein Magnetfeld eingeschossen, bewegen sie sich dort auf Kreisbahnen und gleichzeitig drehen sich die kleinen Magnete. Bei dem Experiment kam es nun darauf an, mit hoher Präzision die Frequenz dieser Drehbewegung und die Stärke des Magnetfeldes zu vermessen.

Und hier waren auch deutsche Forscher beteiligt: Im Rahmen der internationalen Kollaboration haben das Physikalische Institut der Universität Heidelberg und das Max-Planck-Institut für Medizinische Forschung in Heidelberg ein neuartiges, mit bisher nicht da gewesener Genauigkeit arbeitendes Magnetfeldmess- und Regelsystem gebaut und in dem Experiment betrieben. Es bildet die Grundlage, auf der nun die Wissenschaftler ihre im Jahr 1999 gewonnenen Daten auswerten konnten.

Für die gefundene Abweichung zwischen dem gemessenen Ergebnis und den neuesten und genauesten mit Hilfe der Standardtheorie durchgeführten Berechnungen, gibt es nach Ansicht der Forscher drei Erklärungsmöglichkeiten: Mit einer Wahrscheinlichkeit von einem Prozent könnte es sich um einen statistischen Ausreißer handeln oder aber es könnte - trotz großer Sorgfalt - im Experiment oder Theorie ein Fehler aufgetreten sein. Die dritte Möglichkeit ist jedoch die faszinierendste: Das Ergebnis könnte auch ein Hinweis auf bisher unbekannte Kräfte sein. Hier gibt es eine Reihe von neuen Theorien - wie beispielsweise die Supersymmetrie - die das Standardmodell erweitern. Das Attraktive an einer solchen spekulativen Theorie ist, dass sie eine Vielzahl bislang unverstandener Gegebenheiten in der Teilchenphysik erklären könnte, über die das Standardmodell keine Aussage machen kann. 

"Viele glauben, dass wir nun kurz vor der Entdeckung der Supersymmetrie stehen", sagte Lee Roberts von der Boston University. "Vielleicht haben wir hier ein erstes kleines Fenster zu dieser neuen Welt aufgestoßen." Jetzt wollen sich die Forscher an die sorgfältige Auswertung der Daten aus dem letzten Jahr machen, was den möglichen Messfehler bei dem Experiment halbieren sollte. Die Ergebnisse aus Brookhaven haben auch für kosmologische Modelle eine nicht unerhebliche Bedeutung, da ein geändertes Standardmodell auch einen anderen Blick auf die Entwicklung des Universums und die Vorgänge im Urknall ermöglicht.

Links im WWW
Brookhaven National Laboratory
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