Wissenschaftler in der Nähe von Chicago (USA) geben an, dass sie möglicherweise kurz davor stehen, die Existenz einer neuen Naturkraft zu entdecken. Wenn dies bewiesen ist, wird die fünfte Grundkraft gefunden, die die Art und Weise bestimmt, wie alle Objekte und Teilchen im Universum miteinander interagieren.
Forscher haben neue Beweise dafür erhalten, dass sich subatomare Teilchen, sogenannte Myonen, nicht wie von der aktuellen Theorie der subatomaren Physik vorhergesagt verhalten.
Wissenschaftler glauben, dass eine unbekannte Kraft auf Myonen einwirken könnte.
Zur Bestätigung dieser Ergebnisse sind weitere Informationen erforderlich, aber wenn sie bestätigt werden, könnte dies der Beginn einer Revolution in der Physik sein.
Alle Kräfte, denen wir in unserem täglichen Leben ständig ausgesetzt sind, lassen sich nun auf vier Kategorien reduzieren: Schwerkraft, Elektromagnetismus, die starke Kernkraft und die schwache Kernkraft. Diese vier Grundkräfte bestimmen die Art und Weise, wie alle Objekte und Teilchen im Universum miteinander interagieren.
Die neuen Erkenntnisse wurden in einer US-amerikanischen Teilchenbeschleunigeranlage namens Fermilab gewonnen und bauen auf Ergebnissen auf, bei denen das Fermilab-Team erstmals die Möglichkeit einer fünften Naturkraft im Jahr 2021 vermutete.
Ein leitender Wissenschaftler am Fermilab, Dr. Laut Brendan Casey hat die Forschungsgruppe seitdem mehr Daten gesammelt und die Unsicherheit ihrer Messungen erheblich reduziert.
„Wir erkunden wirklich ein neues Gebiet. Wir führen [Messungen] mit einer Genauigkeit durch, die noch nie zuvor gesehen wurde“, sagt Casey.
In dem Experiment mit dem eingängigen Namen „g minus zwei (g-2)“ beschleunigen die Forscher subatomare Teilchen, sogenannte Myonen, um einen Ring von 15 Metern Durchmesser und umkreisen ihn dabei fast tausendmal mit Lichtgeschwindigkeit.
Forscher haben Daten erhalten, wonach sich Myonen aufgrund des Einflusses einer neuen Naturkraft möglicherweise auf eine Weise verhalten, die mit der aktuellen Theorie, dem sogenannten Standardmodell, nicht erklärt werden kann.
Obwohl die Daten überzeugend sind, hat die Fermilab-Gruppe bisher keinen schlüssigen Beweis.
Bisher hatten sie gehofft, dies zu erreichen, aber aufgrund der Fortschritte in der theoretischen Physik ist die Unsicherheit darüber, welches Maß das Wackeln in Myonen im Standardmodell sein sollte, gestiegen.
Damit haben sich die Zielkriterien für Experimentalphysiker geändert.
Die Forscher gehen davon aus, dass sie über die benötigten Informationen verfügen und die theoretische Unsicherheit so weit reduziert wird, dass sie ihr Ziel innerhalb von zwei Jahren erreichen können.
Ein Konkurrenzteam am Large Hadron Collider (LHC) in Europa hofft, dieses Ziel früher zu erreichen.
Vom Imperial College London, Dr. Mitesh Patel ist einer von Tausenden Physikern am LHC, die versuchen, Fehler im Standardmodell zu finden. Er sagte gegenüber BBC News, dass die ersten Personen, die experimentelle Ergebnisse finden, die dem Standardmodell widersprechen, eine der größten Entdeckungen aller Zeiten in der Physik machen werden.
„Verhalten zu messen, das nicht mit den Vorhersagen des Standardmodells übereinstimmt, ist das erwartete Ziel der Teilchenphysik. Da das Modell seit über 50 Jahren allen experimentellen Tests standgehalten hat, wird es den Beginn einer Revolution in unserem Verständnis auslösen.“
Fermilab sagt, dass seine nächsten Ergebnisse „endgültige Daten“ sein werden, die neue Teilchen oder Kräfte auf halbem Weg zwischen Theorie und Experiment aufdecken können.
Was ist das Standardmodell?
Was ist also das Standardmodell und warum ist es so ein großes Problem, ein experimentelles Ergebnis zu erhalten, das nicht ganz seinen Vorhersagen entspricht?
Alles um uns herum besteht aus Atomen; Auch Atome bestehen aus kleineren Teilchen. Diese wirken zusammen und bilden die vier Naturkräfte: Elektrizität und Magnetismus (Elektromagnetismus), die beiden Kernkräfte und die Schwerkraft (Schwerkraft).
Seit 50 Jahren wird ihre Bewegung vom Standardmodell perfekt und ohne Fehler vorhergesagt.
Myonen ähneln Elektronen, die Atome umkreisen und für elektrische Ströme verantwortlich sind, sind jedoch etwa 200-mal größer.
Im Experiment wurden starke, supraleitende Magnete verwendet.
Die Ergebnisse zeigten, dass Myonen schneller wackeln als vom Standardmodell vorhergesagt. Professor Graziano Venanzoni von der University of Liverpool, einer der leitenden Forscher des Projekts, sagte, es könnte an einer neuen unbekannten Kraft liegen.
„Wir glauben, dass es möglicherweise eine andere Kraft gibt, die uns im Moment nicht bewusst ist. Das ist etwas anderes, das wir die ‚fünfte Kraft‘ nennen. Das ist etwas anderes, etwas, das wir jetzt nicht wissen, aber es muss wertvoll sein, weil es.“ sagt etwas Neues über Cihan.
Sollte sich dies bestätigen, wäre dies einer der größten wissenschaftlichen Durchbrüche im Jahrhundert seit Einsteins Relativitätstheorie. Denn eine fünfte Kraft und ein damit verbundenes Zufallsteilchen sind kein Modul des aktuellen Standardmodells der Teilchenphysik.
Forscher wissen, dass es das gibt, was sie als „Physik jenseits des Standardmodells“ bezeichnen, da die aktuelle Theorie nicht viel von dem erklären kann, was Astronomen im Weltraum beobachten.
Im Mittelpunkt steht die Tatsache, dass sich die Galaxien nach dem Urknall, der das Universum erschuf, weiter voneinander trennten, anstatt sich zu verlangsamen. Wissenschaftler sagen, dass diese Beschleunigung von einer unbekannten Kraft namens Dunkler Kraft angetrieben wird.
Galaxien drehen sich auch schneller, als sie nach unserem Verständnis darüber, wie viele Elemente sie enthalten, sollten. Forscher glauben, dass dies auf unsichtbare Teilchen zurückzuführen ist, die als dunkle Elemente bezeichnet werden und wiederum kein Modul des Standardmodells sind.
Die Ergebnisse der Forschung wurden in der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht.
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