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Teilchenphysik

Schöne neue Teilchenwelt

Bei einem Experiment am Large Hadron Collider gibt es erste Hinweise auf Wechselwirkungen, die nicht zu den bisherigen Modellen passen. Theoretiker rätseln bereits, ob daran bislang unbekannte Teilchen beteiligt sein könnten.
In einer unterirdischen Kaverne am Teilchenlabor CERN befindet sich das LHCb-Experiment, ein etwa 10 Meter hoher und 20 Meter langer Detektorkomplex.

Die Fernsehnachrichten eröffnen normalerweise nicht mit einer Meldung aus der Physik. Der 4. Juli 2012 war eine Ausnahme: Da schaute die ganze Welt nach Genf, wo Physiker des Teilchenbeschleunigers Large Hadron Collider (LHC) gerade das erfolgreiche Ende einer 50 Jahre währenden Suche nach dem so genannten Higgs-Boson verkündet hatten. So lange schon war das Teilchen für Experimentalphysiker das letzte fehlende Puzzleteil im Standardmodell der Teilchenphysik gewesen – der Theorie, die alle subatomaren Bausteine des Alls mitsamt ihren Wechselwirkungen umfasst.

Die Entdeckung wurde triumphal gefeiert. Doch viele Physiker glauben inzwischen, es müsse noch mehr Elementarteilchen geben, als das Standardmodell vorsieht, und sie haben sich auf eine anspruchsvolle Suche nach diesen Sonderlingen begeben. Die großen Experimente ATLAS und CMS, die das Higgs am LHC gefunden haben, werden bei dieser Jagd weiterhin fraglos eine wichtige Rolle spielen. Doch ein kleineres und weniger bekanntes Projekt an einer anderen Stelle des Beschleunigers könnte am Ende die Nase vorn haben: das LHCb.

Dieses Experiment basiert auf einem fundamental anderen Konzept als ATLAS, CMS und viele andere Detektoren. Während letztere darauf ausgelegt sind, neuartige Teilchen direkt zu erzeugen, setzt das LHCb auf so genannte Beauty-Hadronen (das "b" steht für das Kürzel der dabei wichtigen Beauty-Quarks). Mit ihnen lassen sich die Effekte von Teilchen beobachten, die wir nicht direkt herstellen können, die sich aber hinter den Kulissen subtil auf den Ablauf der Reaktionen auswirken. Am LHCb schauen Physiker, was passiert, wenn Beauty-Hadronen am LHC erzeugt werden und kurz darauf in andere Teilchen zerfallen. Beauty-Hadronen sind hervorragende Untersuchungsobjekte, da sie auf zahlreiche verschiedene Arten zerfallen und Theoretiker sehr genaue Vorstellungen davon haben, wie die Reaktionen ablaufen sollten. Jede Abweichung von den Vorhersagen wäre ein deutlicher Hinweis darauf, dass sich währenddessen irgendwo unbekannte Teilchen eingemischt haben …

Februar 2018

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft Februar 2018

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  • Quellen

Archilli, F. et al.: Flavour-Changing Neutral Currents Making and Breaking the Standard Model. In: Nature 546, S. 221-226, 2017

Ciezarek, G. et al.: A Challenge to Lepton Universality in B-Meson Decays. In: Nature 546, S. 227-233, 2017