Ein paar Teilchen zu viel

News: Ein paar Teilchen zu viel

Vielleicht gibt es sie wirklich: eine Welt von Doppelgängern, die neben unserer gewohnten Welt existiert. Schweizer Physiker haben vielleicht wenigstens einen indirekten Hinweis auf Teilchen gefunden, die es eigentlich gar nicht geben sollte. In vier Experimenten haben sie Materie und Antimaterie gegeneinander geschmettert. Dabei entstanden mehr Teilchen einer bestimmten Sorte, als das verbreitete Standardmodell erwarten lässt. Die moderne Theorie der Supersymmetrie könnte das Ergebnis erklären, doch sie sagt auch die Existenz eines ganzen Zoos bisher noch nicht nachgewiesener Teilchen voraus. Sind die Messungen korrekt, wäre dies das Ende des ansonsten bewährten Standardmodells.

Die Entdeckung der Physiker vom schweizer Cern bedroht das leicht angestaubte Standardmodell der Teilchenphysik. Dieses liefert ein mathematisches Gerüst, das alle Elementarteilchen (zum Beispiel Quarks, Neutrinos, Elektronen, Tauonen, Myonen, Gluonen) verbindet. Das Ergebnis stützt ein neueres, raffinierteres Modell, die so genannte Supersymmetrie.

Die Supersymmetrie verbindet die Teilchen, die Materie bilden (Fermionen), mit denen, die Kräfte übertragen (Bosonen), indem sie alle Kräfte bei hohen Energien vereinheitlicht. Jedes Fermion, beispielsweise Quark, Neutrino, Elektron oder Tauon, hat einen bosonischen Zwilling: ein s-Quark, Neutralino, s-Elektron oder s-Tauon. Ebenso hat jedes Boson einen fermionischen Zwilling: Das Photon hat das Photino, und jedes Gluon hat ein Gluino. Die beiden Modelle machen leicht unterschiedliche Vorhersagen, wie viele Teilchen – zum Beispiel Tauon-Paare – bei Zusammenstößen mit verschiedenen Energien entstehen sollten.

Die Forscher vom Cern haben die beiden Modelle am Large Electron-Positron Collider (LEP) getestet, einem 27 Kilometer langen, magnetischen Ring in der Nähe von Genf. Dort haben Physiker schon lange Elektronen und Anti-Elektronen aufeinander geschossen. Dabei werden die Teilchen zertrümmert, und es entstehen Schauer subatomarer Trümmer. Die Wissenschaftler haben besonders auf Tauonen geachtet. Das Standardmodell und die Supersymmetrie sagen beide voraus, wie viele dieser winzigen Materiebrocken bei Stößen entstehen sollten. Aber die Zahlen unterscheiden sich.

Bei niedrigen Energien passt die Zahl der Tauonen, die im LEP produziert wurden, gut zu Berechnungen mit dem Standardmodell. Aber als Ingenieure 1998 die Stoßenergie auf über 189 Milliarden Elektronenvolt erhöhten, begannen sich die Dinge zu ändern. "In den vergangenen beiden Jahren hat es es einen leichten Überschuss gegeben", erklärt Gerardo Ganis vom Cern. Anstatt 170 bestimmte Tauon-Paare zu beobachten, wie es das Standardmodell vorhersagt, haben die Physiker 228 gesehen. Diese Zahl stimmt wiederum mit der Supersymmetrie überein.

Die Wahrscheinlichkeit, dass der Überschuss von einer statistischen Fluktuation herrührt, beträgt für jedes einzelne Experiment rund fünf Prozent. Ganis erläutert: "Aber wenn man es zusammennimmt, ist es der Bruchteil eines Prozents." Um die Sektkorken knallen zu lassen, ist das immer noch zu hoch. Die Wahrscheinlichkeit eines Fehlers müsste unter 0,001 Prozent gedrückt werden, damit die Physiker den Resultaten endgültig glauben. Doch es ist genug, um stutzig zu werden.

Andere Wissenschaftler sind fasziniert von der Entdeckung. "Bei einem anomalen Resultat sagst Du nach ein paar Stunden oft 'das kann nicht stimmen', aber hier ist das nicht der Fall", freut sich Gordon Kane von der University of Michigan in Ann Arbor. Aber sie sind auch skeptisch:"Nachdem ich fünfzehn Mal gebissen wurde, habe ich doppelt Hemmungen", witzelt John Ellis vom Cern. "Ich denke, dass es sich wahrscheinlich als irgendeine Hintergrund-Fluktuation herausstellen wird – leider."

Siehe auch