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Teilchenphysik

Merkwürdige Ergebnisse am LHC lassen Physiker aufhorchen

Ein seltener Teilchenzerfall verläuft offenbar anders als gedacht, berichten gleich mehrere Forschergruppen. Der mysteriöse Befund nährt Hoffnungen auf die ersehnte "neue Physik".
LHC-Tunnel

Messungen am LHCb-Experiment nähren die Hoffnungen von Physikern, endlich den lang ersehnten Riss im Gefüge des Standardmodells gefunden zu haben – der Zerfall so genannter B-Mesonen scheint nämlich den Vorhersagen der seit Jahren bewährten Theorie zu widersprechen. Eigentlich sollten diese Teilchen unter Berücksichtigung ihrer jeweiligen Masse mit gleicher Wahrscheinlichkeit in Tau-Leptonen oder Myonen zerfallen. Tatsächlich liefern die bisherigen Messungen der LHCb-Gruppe jedoch einen unerwarteten Überschuss von Tau-Leptonen.

Noch allerdings ist der Befund, den die Forscher bereits im Juni 2015 auf dem Preprint-Server arXiv ablegten und nun in den "Physical Review Letters" veröffentlichen werden, statistisch nicht gesichert – der so genannte Sigma-Wert liegt bei 2,1, eine eindeutige Entdeckung liegt dagegen erst bei einem Sigma-Wert von 5 vor. Bei dem unerwarteten Verhalten der B-Mesonen könnte es sich also auch um einen zufallsbedingten Messfehler handeln.

Drei Merkwürdigkeiten in Folge

Ganz so unerwartet ist das Verhalten allerdings nicht. Und gerade das lässt Physiker nun, trotz der geringen Aussagekraft, aufhorchen. Dieselbe Anomalie wurde bereits von zwei anderen Teams beobachtet: Zum einen berichtete das BaBar-Experiment am SLAC National Accelerator Laboratory im kalifornischen Menlo Park 2012 davon, zum anderen vermeldeten Wissenschaftler des Belle-Experiments der japanischen Organisation für Hochenergiebeschleuniger (KEK) in Tsukuba eine solche Auffälligkeit im Mai 2015 auf einer Konferenz. Dem Magazin "Nature" gegenüber erklärt der LHCb-Mitarbeiter und Physiker vom Imperial College London, Mitesh Patel, die jüngsten Befunde passten perfekt dazu.

Und auch der LHCb selbst wurde diesbezüglich schon einmal fündig. 2014 ermittelten sie für bestimmte Arten von B-Mesonen zwar ein vom Standardmodell gedecktes Ergebnis, bei anderen jedoch wichen die Daten auf unerwartete Weise von den Vorhersagen ab. Auch hier war die statistische Aussagekraft zu gering, als dass man von einer Entdeckung hätte sprechen können.

Sollten sich die Abweichungen bestätigen, könnte das den entscheidenden Hinweis auf eine Physik jenseits des Standardmodells liefern. Dieses hat sich zwar bei vielen Fragen der Teilchenphysik bestens bewährt, scheitert allerdings beispielsweise bei der Erklärung der Dunklen Materie. Seit Jahren suchen Physiker darum nach Fehlern in seinen Vorhersagen – bislang ohne Erfolg.

Auch wenn gut möglich sei, dass sich die Anomalie bei weiteren Messungen als Phantom entpuppt, lohne sich jetzt ein detaillierte Untersuchung, erläutert Don Lincoln, der ebenfalls am Beschleuniger in Genf im Team des CMS-Detektors forscht. Die nun ausgewerteten Daten stammen allesamt noch aus der Phase vor der großen Unterbrechung. Bis nach Wiederanlaufen des LHC genügend Daten zum B-Mesonen-Zerfall gesammelt sind, dürfte "Nature" zufolge noch fast ein Jahr vergehen.

36/2015

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 36/2015

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