"Angesichts der neuesten Analysen zum Zerfall von Schönheitsmesonen könnte der Beginn einer neuen Ära, der der 'neuen Physik', nahen." So verkündete eine aktuelle Erklärung des polnischen Instituts für Kernphysik.
Nun, wenn Sie kein Teilchenphysik-Fan sind, werden Sie vielleicht vermuten, dass ein Schönheits-Meson, auch als B-Meson bekannt, eine Art exotische kosmetische Behandlung ist. Tatsächlich handelt es sich jedoch um eine Art subatomares Teilchen, und nach dem Standardmodell der Teilchenphysik – dem 40 Jahre alten theoretischen Rahmen, der die grundlegenden Wechselwirkungen verschiedener Bausteine der Materie und der Elementarkräfte beschreibt – sollten Schönheitsmesonen sehr schnell zerfallen bestimmte Winkel und Frequenzen.
Was Forscher in den letzten Jahren jedoch entdeckt haben, ist, dass Schönheitsmesonen nicht ganz mit Vorhersagen auf der Grundlage des Standardmodells übereinstimmen. Die Pressemitteilung des Instituts macht beispielsweise auf Daten aus den Jahren 2011 und 2012 des Large Hadron Collider aufmerksam , der Anlage entlang der französisch-schweizerischen Grenze, die der größte und leistungsfähigste Teilchenbeschleuniger der Welt ist . Eine neue Methode zur Analyse der Daten, die vom polnischen Physiker Marcin Chrząszcz vorgeschlagen wurde, weist darauf hin, dass der Zerfallswinkel des Schönheitsmesons sich von dem unterscheidet, was das Standardmodell anzeigen würde.
Chrząszcz betont, dass die neue Erkenntnis in der Welt der Physik nicht als „Entdeckung“ gelten könne, weil die Abweichung nicht groß genug sei.
„Das nennen wir eine Beobachtung“, stellt er in einer E-Mail klar.
Trotzdem verleiht die Diskrepanz der Vorstellung, dass das seit langem etablierte Standardmodell zumindest einer kleinen Überarbeitung bedürfe, zumindest einen gewissen Schwung. Während die meisten gewöhnlichen Menschen wahrscheinlich noch nie davon gehört haben, erklärt das Standardmodell die Realität um uns herum auf der kleinsten, grundlegendsten Ebene. Der theoretische Rahmen beschreibt, wie die Grundbausteine der Materie – die fundamentalen Teilchen – von Kräften wie Elektromagnetismus beherrscht werden .
Das Standardmodell "hat fast alle experimentellen Ergebnisse erfolgreich erklärt und eine Vielzahl von Phänomenen präzise vorhergesagt", heißt es auf der Website von CERN , der europäischen Physikforschungsorganisation, die den Large Hadron Collider betreibt. „Im Laufe der Zeit und durch viele Experimente hat sich das Standardmodell als eine gut erprobte physikalische Theorie etabliert.“ (Wenn Sie weitere Einzelheiten wünschen, sehen Sie sich CERNs Einführung zum Standardmodell an. )
Aber obwohl das Standardmodell für Physiker wirklich nützlich war, war ihnen schon seit einiger Zeit bewusst, dass es nicht alles über den subatomaren Bereich erklärt. Wie CERN feststellt, berücksichtigt die Theorie nur drei der vier Grundkräfte, indem sie den Einfluss der Schwerkraft weglässt. Es erklärt auch nicht Phänomene wie die Natur der Dunklen Materie, der mysteriösen Masse, die zusammen mit der Dunklen Energie 96 Prozent des Universums ausmacht . Es stellt sich die Frage, wie neu entdeckte Teilchen in die Theorie passen könnten. Und schließlich bleibt da noch die Trübung um das Higgs-Boson , ein Teilchen, das ein wesentlicher Bestandteil des Standardmodells ist.
Im Jahr 2012 gaben Forscher, die den Large Hadron Collider verwenden, bekannt, dass sie ein Teilchen entdeckt haben, das das richtige zu sein scheint, aber der Fall ist noch nicht ganz abgeschlossen. „Dieses Teilchen stimmt mit dem Higgs-Boson überein, aber es bedarf weiterer Arbeit, um festzustellen, ob es sich um das vom Standardmodell vorhergesagte Higgs-Boson handelt oder nicht“, erklärt die CERN-Website.
Bedeutet das alles, dass es an der Zeit ist, das Standardmodell zu verwerfen und neu anzufangen? Nicht kaum. John Campbell, ein theoretischer Physiker am Fermi National Accelerator Laboratory , dem führenden US-amerikanischen Teilchenphysiklabor, erklärte per E-Mail, dass Wissenschaftler möglicherweise nur ein wenig daran herumbasteln müssten.
"Jede Alternative muss eine Fülle experimenteller Beobachtungen berücksichtigen, die über viele Jahre gemacht wurden", sagt er. „Es ist extrem schwierig, einen völlig neuen Rahmen zu finden, der alle beobachteten Phänomene auf so erfolgreiche Weise erklärt wie das Standardmodell.“
Stattdessen, sagt er, könnte der beste Ansatz darin bestehen, „Erweiterungen“ hinzuzufügen, die neue Partikel und die Art und Weise beschreiben, wie sie mit bereits im Standardmodell vorhandenen Partikeln interagieren.
"Es gibt viele mögliche Erweiterungen", sagt Campbell, "aber ihre Zahl wird stark reduziert durch die Forderung, dass sie keine Effekte einführen dürfen, die mit bisherigen Beobachtungen unvereinbar wären."
Die bedeutendste Erweiterung wäre wohl eine, die dunkle Materie im Rahmen des Standardmodells erklärt. Eine solche Entdeckung „hätte einen tiefgreifenden Einfluss“, sagt er, „nicht nur in der Teilchenphysik, sondern auch in der Kosmologie. Wenn wir die zugrunde liegende Theorie der Dunklen Materie ahnen, könnten wir ihre erwarteten Auswirkungen genau berechnen. Zum Beispiel wir besser verstehen, wie wir es möglicherweise direkt beobachten können und wie sich seine Präsenz in den Kosmos einprägt."
Jetzt ist das cool
Der Large Hadron Collider enthält supraleitende Elektromagnete, die auf minus 456,34 Grad F (minus 271,3 Grad Celsius) gekühlt werden müssen, um richtig zu funktionieren. Das ist kälter als die Temperatur im Weltraum.
