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Teilchenphysik : Neue Physik oder Irrtum?

  • -Aktualisiert am

Gerechnetes Bild einer Teilchenkollision Bild: University of California

Mehr Myonen, als das Standardmodell der Teilchenphysik erlaubt, will man am Fermilab bei Chicago gemessen haben. Viele Physiker sind skeptisch. Eine erst vor kurzen aufgestellte Theorie könnte den Effekt qualitativ erklären - aber das gute Timing erscheint manchen verdächtig.

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          Eigentlich waren die Tage des Teilchenbeschleunigers Tevatron am Fermilab bei Chicago schon gezählt, weil das Budget jedes Jahr weiter gekürzt wurde. Zuletzt konnte daher nur noch ein reduzierter Betrieb aufrechterhalten werden. Zudem erwartete man dramatische neue Ergebnisse ohnehin eher von dem Konkurrenten des Tevatrons, dem neuen Teilchenbeschleuniger LHC am Cern bei Genf. Doch dann bewilligte der amerikanische Kongress im vergangenen Sommer überraschend ein weiteres Jahr für das Experiment – und der LHC fiel wenige Tage nach der Inbetriebnahme wieder aus. Beides verschaffte dem Tevatron eine Gnadenfrist, möglicherweise mit ungeahnten Konsequenzen.

          Ausgerechnet jetzt nämlich meinen Physiker der CDF-Kollaboration am Tevatron, auf Spuren von rätselhaften Geisterteilchen gestoßen zu sein, wie sie am 29. Oktober berichteten. Aber viele Wissenschaftler sind skeptisch. Wenn sich der Verdacht erhärtete, wäre es eine Sensation. „So etwas Seltsames habe ich noch nie gesehen“, sagte Tommaso Dorigo, einer der am Experiment CDF beteiligten Physiker, gegenüber der Zeitschrift „Nature“. „Wir müssen versuchen zu verstehen, was es zu bedeuten hat“. Das stellt jedoch eine große Herausforderung dar.

          Woher die vielen Myonen?

          Der verblüffende Effekt, den die Physiker zu sehen meinen, betrifft eine bestimmte Sorte Teilchen, die sogenannten Myonen. Das weithin akzeptierte und experimentell gut bestätigte „Standardmodell der Teilchenphysik“ sagt voraus, dass diese beim Zerfall von anderen Teilchen mit einer kurzen Lebensdauer erzeugt werden. Darum sollten die meisten nah am Ort des Kollisionszentrums entstehen. Der Detektor am Fermilab misst dagegen weitaus mehr Myonen, als das Standardmodell erlaubt, und die entstehen zudem deutlich weiter weg vom Zentrum. Das deutet den Forschern zufolge darauf hin, dass zusätzliche Myonen beim Zerfall eines neuen, bislang unbekannten „Geist-Teilchens“ produziert werden.

          Bestätigte sich das, wäre erstmals ein physikalisches Phänomen jenseits des Standardmodells gemessen worden, also ein Effekt, der in der herkömmlichen Theorie noch keinen Platz hat. Nach solchen Effekten sucht man seit langem, nicht zuletzt dafür wurde der LHC gebaut. Aber „außergewöhnliche Behauptungen“, so sagt Tommaso Dorigo selbst, „verlangen außergewöhnliches Beweismaterial“. Viele Physiker sind der Ansicht, dass die CDF-Kollaboration solches bislang noch nicht erbracht habe. „Wenn ich wetten müsste, würde ich sagen, dass das keine neue Physik ist“, sagte Charalampos Anastasiou, Teilchenphysiker an der ETH Zürich. „Man sollte meinen, dass ein so deutlicher Effekt sich schon früher gezeigt hätte.“

          Ein Streit im Hintergrund

          Sogar etwa ein Drittel der rund 600 Physiker, die ursprünglich am CDF-Experiment beteiligt waren, teilte diese Einstellung. Sie zogen es vor, ihre Namen nicht auf der Veröffentlichung zu sehen – angesichts der möglichen Bedeutung der Ergebnisse ein drastischer Schritt. Selbst diejenigen Forscher, die sich schließlich zur Veröffentlichung entschlossen, räumen ein, dass ein banaler Effekt noch nicht ganz ausgeschlossen werden kann. Dennoch sind bereits diverse theoretische Arbeiten zu möglichen Interpretationen der Messungen erschienen. Auch auf die Gefahr hin, dass alles ein Irrtum ist – diese einmalige Chance auf einen Nobelpreis will man nicht ungenutzt verstreichen lassen.

          Derweil tobt ein erbitterter Streit zwischen Theoretikern und Experimentalphysikern um den Hintergrund der Ergebnisse am Fermilab. Drei Wochen bevor die Resultate der Kollaboration veröffentlicht wurden, erschien online eine Arbeit des renommierten Theoretikers Nima Arkani-Hamed vom Institute for Advanced Study in Princeton und seinem Kollegen Neal Weiner von der New York University (http://arxiv.org). In dem Artikel schlagen die beiden Physiker ein Modell vor, das die jüngsten Messdaten des PAMELA-Experiments zur Dunklen Materie an Bord des Satelliten Resurs-DK1 erklären soll. Diese Theorie sagt unter anderem ähnliche Prozesse vorher wie diejenigen, die jetzt am CDF gemessen wurden, allerdings in wesentlich schwächerer Form. Viele Physiker meinen, so kurz vor der Veröffentlichung der CDF-Ergebnisse könne das kaum ein Zufall gewesen sein. Zumal der für seinen kontroversen Blog bekannte Physiker Peter Woit von der Columbia University berichtete, dass eine frühere Version des CDF-Artikels bereits seit dem vergangenen Juli online zugänglich gewesen sei – aufgrund einer Fehlkonfiguration des Servers.

          Die Behauptung, die Theoretiker hätten ihre Arbeit klammheimlich auf den spektakulären Effekt maßgeschneidert, bezeichnet Arkani-Hamed als absurd. „Wenigstens die meisten von uns halten Physik nicht für eine Seifenoper voller Gerüchte und Anspielungen oder verschwenden ihre kostbare Zeit damit, mit völlig unbegründeten und tief verletzenden Anschuldigungen um sich zu werfen“, schreibt er in einem offenen Brief. „Ich für mein Teil würde jetzt gerne weiterarbeiten.“ Was auch immer die Wahrheit ist – Klarheit über die physikalischen Vorgänge wird vermutlich erst die Auswertung weiterer Messdaten am Tevatron oder am LHC bringen.

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