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Neue Physik: Experiment könnte unser Verständnis des Universums verändern

Foto: Fermilab/Muon g-2
Im Rahmen Muon g-2-Experiments könnten Forscher die Existenz einer neuen Physik belegt haben und damit unseren Blick auf die Welt und das Universum grundlegend verändern.

Im Fermi National Accelerator Laboratory (kurz Fermilab) wurde nun endlich das Experiment Muon g-2 durchgeführt. Es dient dem Ziel, den sogenannten Landé-Faktor (g-Faktor) des Myons, eines essenziellen Elementarteilchens, zu vermessen. Das Fermileb selbst ist ein ist ein Forschungszentrum für Teilchenphysik im US-amerikanischen Illinois, das vom staatlichen Department of Energy betrieben wird.

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Begriffserklärung:

Myon: Beim Myon handelt es sich um ein Lepton, das viele Eigenschaften mit dem Elektron teilt. So besitzt es mitunter ebenso eine negative Elementarladung sowie eine Rotation (oder Spin).

Leptonen: Gemeinsam mit Quarks bilden Leptonen (ebenfalls Elementarteilchen) die fundamentalen Bausteine der Materie.

Landé-Faktor: Die Abweichung des gyromagnetischen Verhältnisses g von der Vorhersage der Dirac-Gleichung g = 2: a ≡ (g – 2)/2.

Anomales magnetisches Moment: Die Differenz zwischen dem g-Faktor des Myons und 2 geteilt durch die Hälfte.


Muon g-2: Experiment könnte unser Verständnis vom Universum verändern

Damit du verstehst, was das Muon g-2-Experiment überhaupt ist und wieso es so eine große Rolle für unseren Blick auf das Universum spielt, zunächst ein paar Grundlagen:

Die meisten Teilchen des Standardmodells der Physik haben ein eigenes magnetisches Moment. Das heißt, hinsichtlich der magnetischen Eigenschaften können solche Teilchen grob als ein kleiner Magnet betrachtet werden. Die Existenz eines intrinsischen magnetischen Moments ist in erster Linie auf die Rotation des Teilchens zurückzuführen.

Für das Elektron wurde dieser Wert bereits 1928 mit hoher Genauigkeit vorhergesagt. Nach diesen Vorhersagen sollte beim Ausdruck des magnetischen Moments des Elektrons über den Spin der sogenannte g-Faktor gleich 2 sein. Später jedoch haben die Physiker erkannt, dass das magnetische Moment des Elektrons auch auf seine Wechselwirkung mit Quanten des elektromagnetischen Feldes zurückzuführen ist. Diese Wechselwirkung führt zu einer Veränderung des tatsächlichen Wertes des g-Faktors um einen tausendstel Bruchteil, aber gerade diese Abweichung wurde später in Experimenten mit hoher Genauigkeit gemessen.

Vom Elektron zum Myon

Der erhaltene Wert des Muon g-2-Experiments stimmte mit den Ergebnissen eines ähnlichen Experiments, E821, am Brookhaven National Laboratory überein, und zusammen weichen die beiden Messungen von den Vorhersagen des Standardmodells mit einer statistischen Genauigkeit von 4,2 Sigma (σ) ab. Diese Abweichung von der Theorie, mit einer weiteren Reduzierung des Messfehlers, könnte auf die Existenz von noch unentdeckten Teilchen oder Kräften innerhalb der Neuen Physik hinweisen.

Ähnliche Überlegungen, wie für das Elektron, gelten auch für das Myon. So vermuten die Wissenschaftler, die ihre Ergebnisse mitunter im Fachjournal Physical Review Letters veröffentlichten, die Existenz eines bislang unbekannten Leptons. Sie waren daran interessiert, das anomale magnetische Moment des Myons zu messen, denn eine Abweichung der Messung von den theoretischen Vorhersagen könnte darauf hinweisen, dass das Myon mit massiven Teilchen, die dem Standardmodell unbekannt sind, oder über Kräfte, die dieser Theorie unbekannt sind, wechselwirkt. Somit würde die Abweichung des anomalen magnetischen Moments des Myons vom erwarteten Wert effektiv die Existenz einer neuen Physik bestätigen.

"Diese Erkenntnisse könnten große Auswirkungen auf zukünftige Experimente der Teilchenphysik haben und zu einem besseren Verständnis der Funktionsweise des Universums führen", zitiert SciTechDaily den Argonne-Postdoktoranden Ran Hong. Doch stammen die bisherigen Ergebnisse lediglich aus der ersten Sitzung des Experiments. Viele weitere folgen und ermöglichen uns möglicherweise letztenendes einen neuen Blick auf das Universum.

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