Bestätigtes Myonen-Taumeln bleibt rätselhaft

Experimente des Brookhaven National Laboratory und des Fermilabs (Bild) sind vielleicht ein Hinweis, dass es virtuelle Teilchen gibt, die außerhalb des Standardmodells liegen.

Bildcredit: Fermilab Nationales Labor; Fotograf: Reidar Hahn

Beschreibung: Wie schnell taumeln Elementarteilchen? Eine überraschende Antwort auf diese scheinbar belanglose Frage kam 2001 vom Brookhaven National Laboratory in New York in den USA. Sie lässt die Vermutung zu, dass das Standardmodell der Teilchenphysik, das in der Physik weithin anerkannt wird, unvollständig ist. Das Ergebnis besagt, dass grundlegende Komponenten des Universums noch nicht entdeckt wurden.

Besonders das Myon wird seit 1999 in einer Serie an Experimenten, die als g-2 (g minus zwei) bekannt sind, wegen seiner relativ starken Taumelbewegung unter die Lupe genommen. Das Myon ist ein Teilchen ähnlich einem schweren Elektron. Experimentiergruppen auf der ganzen Welt versuchten, das Ergebnis von Brookhaven zu bestätigen, und setzte Theoretiker*innen unter Druck, es besser zu verstehen.

Letzte Woche wurde berichtet, dass das bisher empfindlichste Myonen-Taumelexperiment, das am hier abgebildeten nationalen Fermi-Labor (Fermilab) in Illinois durchgeführt wurde, mit dem Ergebnis von Brookhaven übereinstimmte und ebenfalls ein leicht anomales Myonen-Taumeln nachwies.

Die Taumelrate ist sensitiv für ein seltsames Meer virtueller Teilchen, die überall aus dem Nichts auftauchen und wieder verschwinden. Die unerwartete Taumelrate ist vielleicht ein Hinweis, dass dieses Meer virtuelle Teilchen einer Art enthält, die außerhalb des Standardmodells liegt. Alternativ ist es vielleicht ein Hinweis, dass es Fehler in den theoretischen Vorhersageberechnungen gibt. An diesen Prognosen sind typischerweise extrem komplexe Supercomputer beteiligt.

Künftige Durchläufe am Fermilab-g-2-Experiment werden die Präzision weiter erhöhen – und vielleicht auch den statistischen Unterschied zwischen dem Universum, das wir messen, und dem Universum, das wir verstehen.

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Das Higgs Boson – als Cartoon erklärt

Illustrationscredit und Rechte: Jorge Cham, PHD-Comics

Was ist das für ein Wirbel um das Higgs-Boson? Die Welt der Physik ist in heller Aufregung. Ein Elementarteilchen, das im weitgehend erfolgreichen Standardmodell der Teilchenphysik zu erwarten ist, könnte vielleicht bald vom riesigen Large Hadron Collider (LHC) am europäischen CERN entdeckt werden.

Der Begriff Boson bezieht sich auf ein Elementarteilchen, das Ähnlichkeiten mit dem Photon aufweist, während mit Higgs der Physiker Peter Higgs gemeint ist. Er publizierte unter anderem eine Arbeit, die den Mechanismus vorhersagt, durch den ein solches Teilchen wirken könnte.

Dieser Animationsfilm erklärt humorvoll und sehr detailreich, warum das Higgs-Boson erwartet wird und eine Methode des Large Hadron Collider, mit der danach gesucht wird. Es gibt Gerüchte, dass vorläufige Spuren des Higgs-Bosons bereits gefunden werden, und sogar das Nicht-Finden dieses ungewöhnlichen Teilchens würde die Tür zu einem neuen grundlegenden Verständnis der Funktion unseres Universums öffnen.

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Hinweise auf Higgs vom Large Hadron Collider

Das Bild zeigt den Blick in eine riesige Maschine mit Rohren und einem runden Objekt am Ende der Öffnung. Unten steht eine Person, sie ist kaum größer als eines der Rohre, die in die Öffnung hinein ragen.

Credit und Bildrechte: Maximilien Brice, CERN

Warum besitzen Objekte Masse? Um das herauszufinden, wurde am europäischen CERN der Large Hadron Collider (LHC) gebaut. Er ist mächtigste Teilchenbeschleuniger, der je von Menschen geschaffen wurde.

Seit 2008 lässt der LHC mit noch nie dagewesener Aufprallgeschwindigkeit Protonen gegeneinander prallen. Der LHC erforscht die führende Erklärung, die besagt, dass die Masse von einfachen Teilchen entsteht, indem sich diese durch ein unsichtbares, überall vorhandenes Feld virtueller Higgs-Teilchen kämpfen. Wenn Teilchen, die mit hoher Energie kollidieren, real existierende Higgs-Bosonen erzeugten, würde das den Higgs-Mechanismus der Entstehung von Masse stützen.

Letzte Woche meldeten zwei LHC-Gruppen erste Hinweise, dass das Higgs-Boson mit einer Masse von etwa 120 GeV existieren könnte. Daten von den LHC-Kollisionen werden auch nach Mikro-Schwarzen Löchern und magnetischen Monopolen durchsucht. Außerdem wird die Möglichkeit geprüft, dass jedes bekannte Elementarteilchen ein fast unsichtbares, supersymmetrisches Gegenstück besitzt.

Ihr könnt helfen: Mit dem Projekt LHC@Home kann jeder PC in den archivierten LHC-Daten nach seltsamen Ungeheuern suchen. Das unterstützt die Forschenden am LHC. Oben steht eine Person vor dem gewaltigen ATLAS-Detektor. Er ist einer von sechs Detektoren am LHC.

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Dämmerung am Large Hadron Collider

Siehe Beschreibung. Ein Klick auf das Bild liefert die höchste verfügbare Auflösung.

Credit und Bildrechte: Maximilien Brice, CERN

Beschreibung: Warum haben Objekte Masse? Um das herauszufinden, baute die europäische CERN den Large Hadron Collider (LHC), den größten Teilchenbeschleuniger, der je von Menschen gebaut wurde. Im Mai soll der LHC damit beginnen, Protonen mit noch nie dagewesener Einschlaggeschwindigkeit gegeneinander zu schmettern. Der LHC wird die vorherrschende Meinung untersuchen, wonach Masse aus gewöhnlichen Teilchen entsteht, die sich durch ein unsichtbares, aber alles durchdringendes Feld aus virtuellen Higgs-Teilchen bewegen. Falls sehr energiereiche kollidierende Teilchen echte Higgs-Bosonen erzeugten, würde das den Higgs-Mechanismus für die Entstehung von Masse untermauern. Der LHC wird also nach mikroskopischen Schwarzen Löchern und magnetischen Monopolen suchen sowie die Möglichkeit prüfen, ob jede Art von Elementarteilchen, die wir kennen, einen beinahe unsichtbaren supersymmetrischen Gegenpart hat. Das LHC@Home-Projekt wird jedem, der einen Computer besitzt, ermöglichen, den Wissenschaftlern des LHC beim Durchsuchen der archivierten LHC-Daten nach diesen seltsamen Biestern zu suchen. Oben ist eine Person vor dem riesigen ATLAS-Detektor abgebildet, einem von sechs Detektoren, die an den LHC angeschlossen sind.

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