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Neues Messergebnis gibt Hinweis auf wesentliche Erweiterung des Standardmodells der Urkräfte - Heidelberger Wissenschaftler vom Physikalischen Institut der Universität und dem Max-Planck-Institut für Medizinische Forschung entwickelten Präzisionssystem für die Messungen
Am gestrigen Donnerstag hat am Brookhaven National Labor in New York, USA, ein Team von Wissenschaftlern aus elf Institutionen in Deutschland, Japan, Russland und USA ein physikalisches Messergebnis der Öffentlichkeit vorgestellt, welches sich deutlich von Vorhersagen im Rahmen des sogenannten Standardmodells der Teilchenphysik unterscheidet. Dieses theoretische Gebäude wurde im Verlauf der letzten dreißig Jahre entwickelt und fasst alle bisherigen experimentellen Beobachtungen der experimentellen Teilchenphysik in hervorragender Weise zusammen. In Brookhaven wurde nun an einem dem Elektron verwandten Elementarteilchen, dem Myon, in einem Präzisionsexperiment eine Eigenschaft vermessen, die sich magnetische Anomalie nennt. Von mehreren theoretischen Physikern weltweit wurde dafür schon seit langem die Möglichkeit in Erwägung gezogen, dass zu dieser Größe auch neue, bisher unbekannte grundlegende Naturkräfte beitragen könnten.
Das Experiment in Brookhaven findet in einem speziell dafür hergestellten Magneten statt, der mit 14 m Durchmesser die weltgrößte supraleitende Spule enthält. Die Myonen haben ein magnetisches Moment, d.h. man kann sie sich ähnlich kleinen Stabmagneten vorstellen. Werden diese mit hoher Geschwindigkeit in ein Magnetfeld eingeschossen, so bewegen sie sich dort auf Kreisbahnen und gleichzeitig drehen sich die kleinen Magnete. Bei dem Experiment kommt es nun darauf an, mit hoher Präzision, d.h. auf sechs geltende Ziffern genau, die Frequenz dieser Drehbewegung und die Stärke des Magnetfeldes zu vermessen.
Im Rahmen der Kollaboration haben das Physikalische Institut der Universität Heidelberg und das Max-Planck-Institut für Medizinische Forschung in Heidelberg ein neuartiges, mit bisher nicht da gewesener Genauigkeit arbeitendes Magnetfeldmess- und Regelsystem gebaut und in dem Experiment betrieben. Es bildet die Grundlage, auf der nun die Wissenschaftler ihre im Jahr 1999 genommenen Daten auswerten konnten.
Für die nunmehr gefundene Abweichung zwischen dem gemessenen Ergebnis und den neuesten und genauesten Berechnungen, welche in der Standardtheorie durchgeführt werden konnten, gibt es grundsätzlich drei unterschiedliche Erklärungsmöglichkeiten. Zum einen liegt die Wahrscheinlichkeit, dass es sich bei der Messung um einen statistischen Ausreißer handelt, nur bei 1 %. Zum anderen gibt es die nicht ganz auszuschließende Möglichkeit, dass trotz großer Sorgfalt in Experiment oder Theorie ein Fehler aufgetreten ist. Aber das Ergebnis könnte auch ein Hinweis auf neue Physik sein, d.h. bisher unbekannte Kräfte. Hier gibt es eine Reihe von theoretischen Vorschlägen, wie z.B. ein unter dem Namen Supersymmetrie bekanntes Modell. Sollte dieses zutreffen, dann könnte man bei neuen, zu bauenden Beschleunigern, wie etwa dem bei DESY in Hamburg geplanten TESLA-Projekt mit einer reichen Vielfalt neuer Phänomene rechnen. Das Attraktive an einer solchen spekulativen Theorie ist, daß sie eine Vielzahl bislang unverstandener Gegebenheiten in der Teilchenphysik erklären könnte, über die das Standardmodell keine Aussage machen kann. Es sollte nicht unerwähnt bleiben, daß eine Vielzahl anderer Modelle ebenfalls existiert und es eine Weile dauern sollte, bis man hier größere Klarheit erlangt hat.
Beim g-2 Experiment in Brookhaven gehen die Wissenschaftler nun daran, weitere im Verlauf des vergangenen Jahres gewonnene Daten zu analysieren. Da der Prozess große Sorgfalt erfordert, muß bis zu einem ganzen Jahr dafür angesetzt werden. Gleichzeitig hat das Team dieser Tage eine weitere, drei Monate dauernde Messserie begonnen. Es bleibt also spannend, welche der drei grundsätzlichen Erklärungsmöglichkeiten sich als richtig erweisen wird.
Die Bekanntgabe des Ergebnisses gestern hat erhebliches Interesse in den amerikanischen Medien (New York Times, CNN, New Scientist) gefunden. Gleichzeitig haben ranghohe Wissenschaftler wie Professor Gerald Gabrielse von der Harvard University und der am Massachusetts Institute of Technology arbeitende Professor Frank Wilczek dieses Ergebnis als außerordentlich aufregend bzw. ernst zu nehmenden Hinweis auf mögliche Supersymmetrie charakterisiert.
Am Physikalischen Institut der Universität Heidelberg beschäftigen sich Professor Klaus Jungmann und Professor Gisbert zu Putlitz seit vielen Jahren mit hochgenauen Experimenten an Myonen. Sie freuen sich, dass ihre schwierige Präzisionsarbeit nun ein so stimulierendes und ermutigendes Ergebnis erbracht hat. Das hier gebaute Magnetfeldmeßsystem beruht auf Kernspinresonanztechnik und wurde in Zusammenarbeit mit dem in diesem Feld international ausgewiesenen Professor Ulrich Haeberlen vom Max-Planck-Institut für Medizinische Forschung mit den Experten der Institutswerkstätten in den vergangenen zehn Jahren entwickelt und gebaut.
Rückfragen bitte an:
Prof. Klaus Jungmann und Prof. Gisbert Frhr. zu Putlitz,
Physikalisches Institut,
Tel. 06221-54 9371, Fax 475733
jungmann@physi.uni-heidelberg.de
oder:
Dr. Michael Schwarz
Pressesprecher der Universität Heidelberg
Tel. 06221-542310, Fax 542317
michael.schwarz@rektorat.uni-heidelberg.de
Criteria of this press release:
Mathematics, Physics / astronomy
transregional, national
Research results
German
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