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Donnerstag, 28.07.2016
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Physik: Lücke im Standardmodell immer wahrscheinlicher

Verteilung von Elementarteilchen im Teilchenbeschleuniger deutet auf Symmetriebruch hin

Die Hinweise auf eine Lücke im Standardmodell der Teilchenphysik verdichten sich: Neueste Auswertungen eines Experiments am Teilchenbeschleuniger Tevatron im US-amerikanischen Fermilab ergaben erneut eine nicht mit gängigen Vorstellungen übereinstimmende Verteilung von Elementarteilchen. Nach Kollisionen von Protonen und Antiprotonen entstanden etwa ein Prozent mehr Myonen als Antimyonen. Dieser Effekt sei etwa 50-Mal größer als nach dem Standardmodell erwartet, schreiben die Forscher in ihrem beim Fachmagazin „Physics Review D“ eingereichten Artikel.
Teilchenbeschleuniger Tevatron am Fermi National Accelerator Laboratory in Batavia bei Chicago

Teilchenbeschleuniger Tevatron am Fermi National Accelerator Laboratory in Batavia bei Chicago

Antimaterie als „Spiegelbild“


Nach dem Standardmodell der Teilchenphysik existiert für jedes Elementarteilchen ein entsprechender Gegenpart aus Antimaterie. Diese Antiteilchen besitzen exakt die gleichen Eigenschaften aber umgekehrte Vorzeichen, beispielsweise eine negative Ladung statt einer positiven - so will es die Regel der so genannten CP-Symmetrie. Treffen ein Teilchen und ein Antiteilchen aufeinander, löschen sie sich gegenseitig aus. Dies geschah der Theorie nach auch im frühen Universum, unmittelbar nach dem Urknall. Warum damals aber nach dieser Auslöschung Materie übrig blieb, ist bis heute ungeklärt. Unter anderem deshalb suchen Wissenschaftler an Teilchenbeschleunigern weltweit nach Hinweisen darauf, wie die Symmetrie zwischen Materie und Antimaterie gebrochen worden sein könnte.

Symmetriebruch im Teilchenbeschleuniger?


Am Teilchenbeschleuniger Tevatron in Batavia bei Chicago ließen die Physiker im Rahmen des DZero-Experiments Protonen und Antiprotonen mit einer Energie von bis zu 1,96 Teraelektronenvolt kollidieren. Mithilfe des fünf Tonnen schweren und vier Etagen hohen Detektors DZero registrierten sie Art und Menge der durch die Kollision gebildeten Elementarteilchen. Der Theorie nach müssten dabei Teilchen und Antiteilchen in jeweils gleicher Menge produziert werden. Beim Zerfall eines äußerst kurzlebigen Zwischenprodukts, des so genannten neutralen B-Mesons, zeigten sich nun jedoch Differenzen.

Die Auswertungen ergaben, dass mehr Myonen - eine Art superschwerer Elektronen - als Antimyonen entstanden waren. Bereits im letzten Jahr hatten Physiker am Fermilab eine Anomalie beobachtet, die auf einen solchen Symmetriebruch hindeutet. Jetzt haben die Forscher rund 50 Prozent mehr Daten analysiert und damit die Unsicherheit des Ergebnisses verringert. Die Chance, dass es sich bei dem Effekt um einen statistischen Zufall handele, liegt nach ihren Angaben bei etwa 0,005 Prozent. Damit gilt das Resultat offiziell als starker Hinweis auf eine wissenschaftliche Entdeckung.


„Sollte die nun vorliegende Abweichung unabhängig bestätigt werden, wäre die Tür zu neuen Naturgesetzen aufgestoßen“, kommentiert Ulrich Nierste vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) die Daten. Er errechnete die theoretisch zu erwartenden Zerfallsraten für das Experiment. Ein Experiment am weltgrößten Teilchenbeschleuniger "Large Hadron Collider" (LHC) am CERN bei Genf arbeitet bereits an einer Nachmessung des beobachteten Phänomens. (arXiv:1106.6308v1 [hep-ex])
(KIT/ Physics Review D, 18.07.2011 - NPO)