Mysteriöse Fermilab-Daten Physiker spekulieren über bislang unbekanntes Elementarteilchen

Sind Forscher in den USA einem neuen Elementarteilchen auf der Spur? Rätselhafte Beobachtungsdaten könnten erklärt werden, wenn es so wäre - das Standardmodell würde erschüttert. Viele Physiker sind skeptisch.

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Wenn Physiker erklären sollen, was Materie eigentlich ist, greifen sie zum sogenannten Standardmodell der Teilchenphysik. Es besteht aus einer Handvoll Formeln, die sämtliche Phänomene der Teilchenwelt verblüffend präzise beschreiben. Insgesamt gibt es dem Modell zufolge 24 Teilchen: 6 Quarks, 6 sogenannte Leptonen, zu denen die Elektronen zählen, und 12 Austauschteilchen.

Doch es kommt zu Unstimmigkeiten im Standardmodell. Mit dem mächtigen Teilchenbeschleuniger LHC in Genf wollen Forscher diese untersuchen - das Ergebnis könnte eine Erweiterung der Theorie sein. "Mit dem LHC werden wir Energien erreichen, bei denen das Standardmodell Inkonsistenzen hat", sagte der Dresdner Physiker Wolfgang Mader im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE. "Wir werden auf jeden Fall neue Erkenntnisse gewinnen."

Derzeit können die Wissenschaftler am LHC freilich keine Protonen miteinander kollidieren lassen. Ein Defekt an der aufwendigen Kühltechnik erlaubt Experimente frühestens im kommenden Frühjahr.

Am Fermilab nahe Chicago jagen Forscher hingegen schon seit Jahren Protonen auf Antiprotonen. Der Beschleuniger Tevatron ist der weltweit leistungsstärkste, der derzeit betrieben wird. Und ausgerechnet dieser Beschleuniger könnte nun Hinweise darauf geliefert haben, was man eigentlich am LHC finden wollte: ein neues Teilchen, das es laut Standardmodell gar nicht gibt.

Beim Experiment Collider Detector at Fermilab (CDF) machten Forscher nämlich ungewöhnliche Myonen-Beobachtungen. Myonen sind Elementarteilchen und ähneln Elektronen, allerdings ist ihre Masse deutlich höher. Bei rund 300.000 Einzelmessungen wurden in rund 70.000 Fällen mehr Myonen nachgewiesen, als laut Modell zu erwarten waren.

"Sehr, sehr seltsam"

Die rätselhaften Messergebnisse haben kontroverse Diskussionen unter den CDF-Forschern ausgelöst. War vielleicht ein Hintergrundprozess die Ursache, den man übersehen hatte? Oder haben die Teilchenexperten schlicht ihren Detektor nicht verstanden?

John Conway, Professor für Physik an der University of California, erklärt das Rätselraten in einem Blogeintrag: "Als Beteiligter am Experiment CDF kann ich Ihnen sagen, dass die Analyse in den vergangenen Monaten genauestens überprüft wurde. [...] Wenn das die erste Beobachtung einer ganz neuen Physik ist, dann ist das ungemein spannend und sehr, sehr seltsam." Am Ende des Textes schreibt Conway: "Ich bin mir sicher, dass die Theoretiker bereits sehr beschäftigt sind."

Die Fermilab-Forscher haben ihre Messdaten auf Arxiv.org veröffentlicht, das Paper soll im Fachblatt "Physical Review D" erscheinen. Allerdings erscheinen nur zwei Drittel der 600 Forschernamen als Autoren - und nicht alle wie sonst üblich. Offensichtlich traut mancher der Physiker den Messungen nicht so recht. In dem Paper heißt es außerdem, man könne die Beobachtungen derzeit nicht erklären, weitere Untersuchungen sollten Klarheit bringen.

In der Wissenschafts-Community wird nun intensiv über das Phänomen spekuliert. Auf Arxiv.org hat ein Team aus sieben Forschern eine mögliche Erklärung veröffentlicht. Der Mathematiker Peter Woit von der Columbia University spricht von der "Möglichkeit, dass ein neues, relativ langlebiges Teilchen beobachtet wurde". Dieses postulierte Teilchen könne auf eine Weise verfallen, so dass mehr Myonen entstehen, als man mit dem Standardmodell erwarten würde. Die Tatsache, dass die Messungen noch nicht mal vom deutlich leistungsstärkeren Beschleuniger LHC stammten, mache große Hoffnungen für die Zukunft, sagt Woit. "Die Teilchenphysik könnte sich bereits aus der Phase des Stillstands hinausbewegt haben."

Noch allerdings überwiegt bei vielen Forschern die Zurückhaltung. Am Cern gebe es unter Physikern "eine überwiegend skeptische Haltung gegenüber den Ergebnissen", sagte der Dresdner Physiker Wolfgang Mader SPIEGEL ONLINE. Das Phänomen könne auf einen unverstandenen Detektoreffekt zurückzuführen sein. Physiker versuchen nämlich mit hohem Aufwand, diverse die Messung beeinflussende Faktoren zu eliminieren. Sie könnten dabei etwas übersehen haben. Genau darauf weisen übrigens auch die beteiligten Forscher in ihrem Paper hin.

Gewissheit werden wohl erst neue Messungen bringen.



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