Physiker am CERN könnten auf der Schwelle zur Entdeckung neuer Physik stehen

Technik und Auswirkungen

Jahrhunderts: der Quantenmechanik und Einsteins spezieller Relativitätstheorie. Physiker können Messungen aus Einrichtungen wie dem LHC mit Vorhersagen auf Basis des Standardmodells vergleichen, um die Theorie rigoros zu testen.

Obwohl bekannt ist, dass das Standardmodell unvollständig ist, haben Teilchenphysiker in über 50 Jahren zunehmend präziserer Prüfung noch keinen Riss in der Theorie gefunden. Das könnte sich nun ändern. Eine Messung, die in der Fachzeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht wurde, zeigt eine Abweichung Erwartungen des Standardmodells.

In der Praxis bedeutet dies, dass nach Berücksichtigung der Unsicherheiten aus den experimentellen Ergebnissen und den theoretischen Vorhersagen die Wahrscheinlichkeit, dass eine zufällige Schwankung der Daten dieser Extremart auftritt, wenn das Standardmodell korrekt ist, nur 1 zu 16.000 beträgt.

Was die Studie zeigt

Obwohl dies noch nicht den Goldstandard der Wissenschaft erreicht – was als fünf Sigma oder fünf Standardabweichungen (entsprechend einer Wahrscheinlichkeit 1 zu 1,7 Millionen) bekannt ist – beginnt die Evidenz sich aufzubauen.

Zu dieser überzeugenden Erzählung tragen Ergebnisse eines unabhängigen LHC-Experiments, CMS, das Anfang 2025 veröffentlicht wurden, bei. Obwohl die CMS-Ergebnisse nicht so präzise sind wie die, stimmen sie gut überein und stärken den Fall. Die neuen Ergebnisse wurden in einer Untersuchung einer bestimmten Art, bekannt als elektroschwacher Penguin-Zerfall.

Seltene Zerfälle schärfen den Test. Der Begriff „Penguin" bezieht sich auf eine spezifische Art diesem Fall untersuchen die Wissenschaftler, wie sich ein B-Meson in vier andere subatomare Teilchen zerlegt – einen Kaon, ein Pion und zwei Myonen. Mit etwas Phantasie lässt sich die Anordnung der beteiligten Teilchen als Pinguin visualisieren.

Technik und Auswirkungen

Entscheidend ist, dass Messungen dieses Zerfalls es ermöglichen, zu erforschen, wie eine Art, der Beauty-Quark, in einen anderen, den Strange-Quark, umgewandelt werden kann. Dieser Pinguin-Zerfall ist im Standardmodell extrem selten: ällt nur eines auf diese Weise.

Die Forscher haben die Winkel und Energien analysiert, bei denen diese Teilchen im Zerfall entstehen, und die Häufigkeit des Prozesses präzise bestimmt. Dabei ergaben sich Abweichungen zwischen den Messungen dieser Größen und den Vorhersagen des Standardmodells.

Präzise Untersuchungen ällen wie diesem gehören seit der Gründung des LHCb-Experiments im Jahr 1994 zu den Hauptzielen. Penguin-Prozesse sind einzigartig empfindlich gegenüber den Effekten potenziell sehr schwerer neuer Teilchen, die am LHC nicht direkt erzeugt werden können.

Technik und Auswirkungen

Solche Teilchen können dennoch einen messbaren Einfluss auf diese Zerfälle ausüben, der über den kleinen Beitrag des Standardmodells hinausgeht. Eine solche indirekte Beobachtung ist nicht neu. Zum Beispiel wurde die Radioaktivität 80 Jahre vor dem direkten Nachweis der dafür verantwortlichen fundamentalen Teilchen, den W-Bosonen, entdeckt.

Neue Daten werden die Anomalie testen. Untersuchungen seltener Prozesse ermöglichen es den Wissenschaftlern, Bereiche der Natur zu erforschen, die sonst möglicherweise erst mit Teilchenbeschleunigern zugänglich wären, die für die 2070er Jahre geplant sind.