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Elementarteilchen:Das Standardmodell: brillant und völlig verfehlt

"Das Standardmodell der Teilchenphysik ist zugleich brillant und völlig verfehlt", seufzte einmal ein Theoretischer Physiker. Einerseits erklärt es die in Teilchenbeschleunigern beobachteten Fundamentalprozesse mit fantastischer Genauigkeit. Andererseits liefert es keine Einsicht in die Gravitation, auch nicht in die kosmisch relevante Dunkle Materie oder die noch rätselhaftere Dunkle Energie. Auch bleibt in diesem Rahmen offen, warum Protonen und Elektronen eine, wenn auch gegensätzliche, exakt gleich starke elektrische Ladung haben. Oder warum es genauso viele Quarks geben sollte wie Leptonen.

Dass es eine neue Physik geben muss, ist längst kein Streitpunkt mehr. "So ist schon lange bewiesen", sagt der Theoretische Physiker Andreas Crivellin vom Paul Scherrer Institut im Schweizer Villigen, "dass Neutrinos eine Masse haben, auch wenn sie sehr klein ist." Laut Standardmodell müsste sie jedoch gleich null sein.

Beim Zerfall des zweitschwersten der sechs Quarks, dem "Bottom-Quark", in die beiden schwereren Leptonen Myon und Tau stießen Crivellin und Forscherkollegen jetzt auf deutliche Abweichungen von den Vorhersagen des Standardmodells. Wie sie kürzlich in dem Fachblatt Journal of High Energy Physics konstatierten, weisen diese "mit hoher Signifikanz" auf eine "neue Physik" hin. Die lange unangefochtene Lepton-Unversalität scheint damit schwer in die Bredouille zu geraten.

Bei diesem Ergebnis klingeln sozusagen die Alarmglocken. Noch wird der Begriff einer "Entdeckung" am Cern offiziell vermieden, da die Signifikanz der Messung sich noch erhärten soll. Doch sollte sich die Sache bestätigen, so scheint es eine neue, im Standardmodell nicht vorgesehene Kraft zu geben, welche auf die drei geladenen Leptonen - Elektron, Myon und Tau - eben doch unterschiedlich einwirkt. Crivellin: "Am stärksten auf die Tauonen, etwas moderater auf Myonen, schwach oder gar nicht auf Elektronen."

Auch beim Higgs-Teilchen gab es indirekte Hinweise, bevor das Partikel selbst gefunden wurde

Zeigt sich hier die Signatur ganz neuer Elementarteilchen? "Mein Favorit sind die sogenannten Leptoquarks", bekennt Andreas Crivellin. "Diese hätten die ungewöhnliche Eigenschaft, gleichzeitig mit Quarks und Leptonen wechselwirken zu können." Eine im bisherigen Standardmodell unerhörte Teilchenvariante. Falls sie existiert, könnten sie die Umwandlung von Quarks in Leptonen und umgekehrt bewirken. Zugleich würden Leptoquarks erklären, warum Protonen und Elektronen die gleiche elektrische Ladung tragen. Die Idee ist nicht neu: Postuliert wurden Leptoquarks bereits vor Jahrzehnten in mehreren Modellen zur Erweiterung des Standardmodells, so auch 1974 von den amerikanischen Theoretikern Howard Georgi und Sheldon Glashow.

"Noch haben wir weder solche noch andere neue Teilchen gefunden", beschwichtigt Andreas Crivellin. "Aber es war schon oft so, auch beim Higgs-Teilchen, dass zuerst indirekte Hinweise auftauchten und dann erst die neuen Elementarpartikel aufgespürt wurden." Die neuartigen Leptoquarks könnten sogar eine für heutige Teilchenbeschleuniger erreichbare Masse haben - und dementsprechend eines Tages als handfeste Signatur in den Messdaten auftauchen. Womöglich sind sie nur zehn- bis zwanzigmal so schwer wie das Higgs-Boson. "In diesem Fall könnten Leptoquarks bereits in naher Zukunft am LHC entdeckt werden."

© SZ vom 05.06.2018/hach
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