Bausteine des Universums

Spuren einer neuen physikalischen Kraft im Weltall

| Autor / Redakteur: Reinhard Breuer / Rainer Graefen

Der LHCb-Detektor ist eines der zwei kleineren von insgesamt vier Experimenten am großen Protonenbeschleuniger des Forschungszentrums Cern. Doch sollten sich dessen Messungen bestätigen, könnte sich die Tür zu einer ganz neuen Physik öffnen.
Der LHCb-Detektor ist eines der zwei kleineren von insgesamt vier Experimenten am großen Protonenbeschleuniger des Forschungszentrums Cern. Doch sollten sich dessen Messungen bestätigen, könnte sich die Tür zu einer ganz neuen Physik öffnen. (Bild: Maximilien Brice/CERN)

Das sogenannte Standardmodell beschreibt zwar mit erstaunlicher Genauigkeit den Bauplan des Universums, kann aber viele Fragen nicht beantworten. Nun mehren sich Hinweise auf eine Physik jenseits dieses Modells.

Ist nicht längst alles gefunden, was es zu finden gibt, in der Welt der Elementarteilchenphysik? War nicht das 2012 am Forschungszentrum Cern entdeckte Higgs-Boson der letzte fehlende Baustein, um das mikrokosmische Fundament des Universums zu erklären? Das berühmte Gottesteilchen?

Mitnichten. Der aktuell bekannte Bauplan des Universums, das sogenannte Standardmodell, beschreibt zwar mit großer, zum Teil erstaunlicher Genauigkeit viele Phänomene der Quantenwelt. Aber es versagt in fundamentalen Fragen, zum Beispiel, wenn die Gravitation eingewoben werden soll in das universale Formelwerk.

Es muss also noch mehr zu entdecken geben in den Teilchenlaboren dieser Welt. Doch auf der Suche nach neuer Physik schienen die Physiker jahrelang lediglich im Dunklen zu tappen. Beinahe zu ihrem Missvergnügen mussten sie erleben, dass immer neue Messungen besser zu ihrem Standardmodell passten, als sie es sich jemals erhofft hatten.

Nun jedoch mehren sich Hinweise auf eine Physik jenseits des Standardmodells. Mit der Auswertung neuer Daten vom größten Teilchenbeschleuniger der Welt, dem Large Hadron Collider LHC am Forschungszentrum Cern bei Genf, stießen Forscher eines Experiments namens LHCb in den vergangenen Jahren auf Abweichungen vom Standardmodell. Letzteres beschreibt mathematisch alle bekannten Fundamentalpartikel sowie die Kräfte, welche zwischen ihnen wirken.

Das bekannte Modell brachte endlich Ordnung in den Teilchenzoo

Vor Jahrzehnten brachte es endlich Ordnung in den zuvor unübersichtlichen Teilchenzoo. So unterscheiden die Physiker heute, abgesehen vom Higgs-Boson, nur zwei grundlegende Teilchensorten mit je sechs Vertretern: einerseits die sechs Quarks, von denen die zwei leichtesten die Protonen und Neutronen formen, also die Atomkerne aller chemischen Elemente, und andererseits sechs Leptonen - darunter das bekannte Elektron mit seinen massereicheren Cousins, dem Myon und dem Tau, sowie drei dazu passende, nahezu masselose Neutrinos.

Vier Kräfte regieren diesen Teilchenzoo: die starke und schwache Wechselwirkung, die elektromagnetische Kraft sowie die Gravitation. Manche der Teilchen sind gegen eine oder mehrere dieser Kräfte immun. Was Quarks und Leptonen dabei hauptsächlich unterscheidet: Quarks reagieren auf die starke Kernkraft, welche unter anderem die Atomkerne zusammenhält, Leptonen hingegen gar nicht. Und was die schwache Wechselwirkung betrifft, die unter anderem für Radioaktivität verantwortlich ist: Sie wirkt, wie auch der Elektromagnetismus, auf die drei Leptonen Elektron, Myon oder Tau in exakt gleicher Weise - trotz der drastisch verschiedenen Teilchenmassen.

Dieses hehre Prinzip, Fachleute sprechen etwas hochtrabend von "LeptonUniversalität", bildet eine wichtige Säule des Standardmodells. Doch lassen die neuen Messungen am LHCb nun ahnen, dass es doch eine Ungleichbehandlung in der Welt der Leptonen geben könnte. Öffnet sich hier ein Tor zu neuen Naturgesetzen?

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