Forscher der Uni Zürich und des europäischen Forschungszentrums Cern in Genf könnten einer neuen Kraft auf die Spur gekommen sein. Bei Experimenten entsprach das Resultat nicht der erwarteten "Lepton-Universalität", wie es das Standardmodell der Physik vorsieht. Vermutet wird nun, dass eine noch unbekannte Kraft im Spiel ist. "Wenn sich das bestätigt, wäre es die größte Entdeckung in der Teilchenphysik innerhalb der letzten Jahrzehnte", betont UZH-Forscher Nico Serra im Schweizer "Tages-Anzeiger". Der Teilchenphysiker Jochen Schieck, Leiter des Instituts für Hochenergiephysik (Hephy) der Österreichischen Akademie der Wissenschafter dämpft im Gespräch mit der "Wiener Zeitung" die Erwartungen. "Ich bin skeptisch, ob wir wirklich alles beachtet haben." Bewahrheitet es sich allerdings, dann "wäre es eine Sensation".

Serra ist Professor für Experimentalphysik am Physik-Institut der UZH und arbeitet am Cern unter anderem mit dem Detektor LHCb am Large Hadron Collider (LHC). Noch wiegelt er ab: "Wir haben noch zu wenig Messdaten, um zu wissen, ob die beobachtete Abweichung vom Standardmodell der Teilchenphysik tatsächlich vorhanden ist oder nicht". "Der nächste Schritt sind unabhängige Messungen", erklärt auch Schieck. Man brauche mehrere Tests, um sicher sein zu können, dass alles korrekt ist und es sich um keinen Messfehler handelt.

Erstmals 2014 beobachtet

Die nun ausgemachte Unregelmäßigkeit war schon im Jahr 2014 erstmals am Cern beobachtet worden. Beim Zerfall von Mesonen in Elektronen und Myonen war das Resultat nicht – wie es die Theorie verlangt – eins. Aber so klar wie jetzt sei die Diskrepanz damals nicht gewesen, so Serra. Mittlerweile seien in Japan und den USA dieselben Abweichungen zum erwarteten Standard festgestellt worden.

Sollte sich diese Abweichung bestätigen, würde dies eine Physik jenseits des Standardmodells implizieren, heißt es in einem Communiqué des Cern. Denkbar wäre eine neue fundamentale Kraft zusätzlich zu den vier Grundkräften: Gravitation, Elektromagnetismus, schwache Wechselwirkung, die für Radioaktivität verantwortlich ist, und starke Wechselwirkung, welche die Materie zusammenhält.

Beim Large Hadron Collider beauty-Experiment (LHCb-Experiment) entstehen bei der Kollision von hochenergetischen Protonenstrahlen im Teilchenbeschleuniger sogenannte Beauty-Quarks. Sie zerfallen praktisch sofort an Ort und Stelle. Forschende rekonstruieren die Eigenschaften der kurzlebigen, zusammengesetzten Teilchen anhand ihrer Zerfallsprodukte.

Nach den etablierten Gesetzen der Teilchenphysik – dem sogenannten Standardmodell – sollten die Beauty-Quarks mit der gleichen Wahrscheinlichkeit in einen Endzustand mit Elektronen beziehungsweise Myonen, den viel schwereren Geschwistern der Elektronen, zerfallen. In einigen Zerfallsprozessen widersprach aber die Messung diesem Theorem.

Higgs-Teilchen war einfacher

"Was wir beobachten können, sind der Anfangs- und der Endzustand eines Zerfalls", erläutert Schieck. Alles, was dazwischen passiert, können die Wissenschafter nicht ausmachen. "Wir schütteln eine Schachtel und sehen nicht, was drinnen ist", beschreibt der Physiker. Deshalb ist es möglich, dass dazwischen etwas passiert, "was wir nicht beobachten können und wir auch nicht kennen". Es könnte sich also um ein gänzlich neues Kraftteilchen handeln.

Das Resultat selbst falle nicht vom Himmel. Indizien dazu gebe es schon seit mehreren Jahren, allerdings "nicht mit dieser Signifikanz". Doch, um eine statistisch signifikante Aussage machen zu können, müsse es deutlich mehr solcher Ereignisse geben. Auch das Higgs-Boson sei nicht mit einem einzigen Zerfall nachgewiesen worden. Beim Higgs-Teilchen "war es aber noch einfacher, weil man wusste, wonach man sucht. Jetzt beobachtet man eine Abweichung von dem, was man erwartet, aber weiß nicht, was man erwartet. Das ist deutlich schwieriger", erklärt der Wissenschafter des Hephy.

Zeit nach dem Urknall

In der Elementarteilchenphysik werden Beobachtungen zu echten Entdeckungen, wenn die Wahrscheinlichkeit eines Irrtums unter Berücksichtigung aller bekannten Fehler weniger als eins zu drei Millionen oder 0,00003 Prozent beträgt. "Es ist also noch zu früh für eine endgültige Schlussfolgerung", lässt sich Nico Serra im Communiqué zitieren.

Das LHCb ist im Übrigen "ein Experiment, mit dem erforscht werden soll, was nach dem Urknall geschah, damit die Materie überleben und das Universum aufbauen konnte, in dem wir heute leben", heißt es auf der Webseite des Cern. (gral/apa)