(Crady von Pawlak/Getty Images) Nach einem Jahrzehnt sorgfältiger Messungen gaben Wissenschaftler am Donnerstag bekannt, dass ein fundamentales Teilchen – das W Boson – hat eine deutlich größere Masse als angenommen, was die Grundlagen unseres Verständnisses der Funktionsweise des Universums erschüttert.
Diese Grundlagen basieren auf der Standardmodell der Teilchenphysik, der besten Theorie, die Wissenschaftler haben, um die grundlegendsten Bausteine des Universums und die sie beherrschenden Kräfte zu beschreiben.
Das W-Boson regiert die sogenannte schwache Kraft, eine der vier Grundkräfte der Natur und daher eine Säule des Standardmodells.
Allerdings neue Forschung veröffentlicht in Wissenschaft sagte, dass die genaueste Messung des W-Bosons, die jemals durchgeführt wurde, direkt der Vorhersage des Modells widerspricht.
Ashutosh Kotwal, ein Physiker an der Duke University, der die Studie leitete, sagte gegenüber AFP, dass für das Ergebnis mehr als 400 Wissenschaftler über zehn Jahre gebraucht hätten, um vier Millionen W-Boson-Kandidaten aus einem „Datensatz von rund 450 Billionen Kollisionen“ zu untersuchen.
Diese Kollisionen – entstanden durch das Zusammenschlagen von Partikeln mit atemberaubender Geschwindigkeit, um sie zu untersuchen – wurden von der verursacht Tevatron-Collider im US-Bundesstaat Illinois.
Bis 2009 war er der energiereichste Teilchenbeschleuniger der Welt und wurde dann durch den ersetzt Large Hadron Collider in der Nähe von Genf, wo bekanntermaßen das beobachtet wurde Higgs-Boson ein paar Jahre später.
Das Tevatron wurde 2011 eingestellt, aber die Wissenschaftler am Collider Detector am Fermilab (CDF) ermitteln seitdem die Zahlen.
Ein Diagramm, das die Grundpartikel des Standardmodells zeigt. (ScienceAlert)
„Risse“ im Modell
Harry Cliff, ein Teilchenphysiker an der Universität Cambridge, der am Large Hadron Collider arbeitet, sagte, das Standardmodell sei „wahrscheinlich die erfolgreichste wissenschaftliche Theorie, die jemals niedergeschrieben wurde“.
„Es kann fantastisch präzise Vorhersagen treffen“, sagte er. Sollten sich diese Vorhersagen jedoch als falsch erweisen, kann das Modell nicht einfach angepasst werden.
„Es ist wie ein Kartenhaus, wenn man zu sehr an einem Stück davon zieht, bricht das Ganze zusammen“, sagte Cliff gegenüber AFP.
Das Standardmodell ist nicht ohne Probleme.
Es berücksichtigt zum Beispiel nicht Dunkle Materie , was zusammen mit dunkle Energie Es wird angenommen, dass es 95 Prozent des Universums ausmacht. Es heißt auch, dass das Universum überhaupt nicht hätte existieren dürfen, weil das Urknall hätte sich selbst vernichten sollen.
Darüber hinaus seien in dem Modell „kürzlich einige Risse freigelegt worden“, sagten Physiker in einem Begleitartikel Wissenschaft Artikel.
„In diesem Rahmen von Hinweisen, dass Teile des Standardmodells fehlen, haben wir einen weiteren, sehr interessanten und einigermaßen umfangreichen Hinweis beigesteuert“, sagte Kotwal.
Jan Stark, Physiker und Forschungsdirektor am französischen CNRS-Institut, sagte: „Dies ist entweder eine große Entdeckung oder ein Problem bei der Datenanalyse“ und prognostizierte „ziemlich hitzige Diskussionen in den kommenden Jahren“.
Er sagte gegenüber AFP, dass „außergewöhnliche Behauptungen außergewöhnliche Beweise erfordern“.
'Großer Deal'
Die CDF-Wissenschaftler sagten, sie hätten die Masse des W-Bosons mit einer Genauigkeit von 0,01 Prozent bestimmt – doppelt so genau wie bei früheren Versuchen.
Sie verglichen es damit, das Gewicht eines 350 Kilogramm schweren Gorillas auf 40 Gramm genau zu messen.
Sie fanden heraus, dass das Boson um sieben Standardabweichungen, die auch Sigma genannt werden, von der Vorhersage des Standardmodells abweicht.
Cliff sagte, wenn man eine Münze wirft, „liegt die Chance, durch pures Glück ein Fünf-Sigma-Ergebnis zu erzielen, bei eins zu dreieinhalb Millionen“.
„Wenn das wahr ist und es sich nicht um eine systematische Voreingenommenheit oder ein Missverständnis bei der Durchführung der Berechnungen handelt, dann ist das eine große Sache, denn es würde bedeuten, dass es einen neuen grundlegenden Bestandteil unseres Universums gibt, den wir bisher noch nicht entdeckt haben“, sagte er.
„Aber wenn Sie sagen wollen, dass wir das Standardmodell der Teilchenphysik gebrochen haben und es neue Teilchen zu entdecken gibt, um die Menschen davon zu überzeugen, brauchen Sie wahrscheinlich mehr als eine Messung aus mehr als einem Experiment.“ .'
David Toback, Co-Sprecher des CDF, sagte: „Es liegt nun an der theoretischen Physik-Community und anderen Experimenten, dem nachzugehen und Licht in dieses Rätsel zu bringen.“
Und nach einem Jahrzehnt der Messungen ist Kotwal noch nicht fertig.
„Wir folgen den Hinweisen und lassen nichts unversucht, um herauszufinden, was das bedeutet.“
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