Neue Physik? Experimente am CERN zeigen erste Beweise für extrem seltenen Zerfall

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Die 270 Meter lange Anlage des NA62-Experiments beinhaltet einen 120 Meter langen Vakuum-Tank mit mehreren Teilchendetektoren. Copyright: CERN

Die 270 Meter lange Anlage des NA62-Experiments beinhaltet einen 120 Meter langen Vakuum-Tank mit mehreren Teilchendetektoren.
Copyright: CERN

Swindon (Großbritannien) – Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen am Europäischen Kernforschungszentrum CERN haben erstmals signifikante Beweise für einen Vorgang gefunden, der bislang lediglich in der Theorie vorhergesagt wurde und der den Weg für die Entdeckung von Beweisen für eine „neue Physik“ ebnen könnte, mit der Dunkle Materie und andere Rätsel des Universum erklärt werden könnten.

Wie das Team um Professor Mark Thomson vom britischen „Science and Technology Facilities Council“ von der „NA62 Collaboration“ am CERN aktuell auf der “ICHEP 2020“ in Prag und auf der eigenen Webseite berichtete, handelt es sich um erste experimentelle Beweise für den extrem seltenem Teilchenzerfallsvorgang eines sogenannten geladenen Kaons in ein geladenes Pion und zwei Neutrino. Der Zerfallsprozess gilt als wichtige physikalische Beobachtung, weil er von alternativen theoretischen Modellen der Teilchenphysik genauso vorhergesagt, bislang aber noch nicht direkt beobachtet werden konnte.

Hintergrund
Während Protonen und Neutronen im Zentrum des Atoms aus drei Quarks bestehen, bestehen Kaon nur aus zwei Quarks. Diese Teilchen entstehen im Bescheluniger, „regnen“ aber auch in Form von kosmischer Strahlung auf die Erde hinab. Physiker interessieren sich für diese Teilchen, weil die bereits zuvor dabei beobachtet wurden, wie sie verschiedenen physikalischen Erhaltungsätzen widersprochen haben und anhand solcher Beobachtungen möglicherweise Facetten der gesuchten „neuen Physik“ (jenseits des Standardmodells) beobachtet werden können.

„Das Standardmodell der Teilchenphysik beschreibt die fundamentalen Kräfte und Bausteine unseres Universums”, erläutert Thomson und führt dazu weiter aus: “Dieses Modell ist eigentlich sehr erfolgreich, aber es gibt zahlreiche Rätsel unseres Universums, die das Standardmodell nicht erklärt – etwa die Natur der Dunklen Materie und der Ursprung des Ungleichgewichts zwischen Materie und Antimaterie im Universum.“

Schon lange suchen Physiker nach theoretischen Erweiterungen des Standardmodells und Messungen derart seltener Prozesse können einen faszinierenden Weg zur Untersuchung dieser Möglichkeiten aufzeigen – Möglichkeiten jenseits der uns bislang bekannten Physik.

Der nun beobachtetet Zerfallsprozess eines Kaons wird von Teilchenphysikern als “Goldener Kanal” (golden channel) bezeichnet, weil es sich um eine Kombination sowohl aus einem extrem seltenen und zugleich vom Standardmodell exzellent vorhergesagten Vorgang handelt. Die Genauigkeit der neuen Ergebnisse liegt bei 30 Prozent und stellen die genauste Messung dieses Vorgangs da, die bislang gelungen sind. Zwar stimmen die Messungen mit den Vorhersagen des Standardmodells überein, lassen aber noch genügend Raum für die gesuchte „neue Physik“. „Er ist wirklich extrem schwer nachzuweisen und beinhaltet erstmals ein hoffnungsvolles Versprechen für uns Wissenschaftler bei der Suche nach neuer Physik“, erläutert die Teilchenphysikerin Professor Cristina Lazzeroni, von der University of Birmingham und Sprecherin von NA62.

„Es ist das erste Mal, dass wir in der Lage sind, einen derart bedeutenden experimentellen Beweis für diesen Zerfallsprozess zu liefern“, so die Physikerin weiter. „Das ist ein faszinierender Moment, weil es einen grundlegenden Schritt hin zur Messung des Zerfalls und zur Identifizierung möglicher Abweichungen vom Standardmodell erlaubt. (…) Das wiederum könnte uns zu neuen Wegen für ein neues Verständnis unseres Universums führen.“

Derzeit seien noch mehr Daten notwendig, um tatsächliche Schlussfolgerungen über die An- oder Abwesenheit neuer Physik anhand der Experimente ziehen zu können. Diese sollen nun in weiteren Experimenten erbracht werden.




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Quelle: Science and Technology Facilities Council

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