Anomales magnetisches Moment von Muonen doch nicht so anomal

2001-12-27 Anton Rebhan

Im Frühjahr 2001 (wir berichteten) lies eine Diskrepanz von Experiment und Theorie bezüglich des magnetischen Momentes der Muonen aufhorchen. Es schien dies ein sehr starker Hinweis auf neue physikalische Phänomene zu sein, die eine Erweiterung des Standardmodells der Elementarteilchenphysik notwendig machen würden. Französische Physiker fanden nun aber einen Fehler in den Rechnungen, der die Diskrepanz zwar nicht ganz beseitigt, aber stark vermindert.

Das sogenannte anomale magnetische Moment von Muonen gehört zu den physikalischen Größen, die mit unerhörter Genauigkeit aus den Theorien der Elementarteilchenphysik berechnet werden können. Die Vorhersage lag mit 9 Nachkommastellen Genauigkeit vor, als bei einem neuen Experiment in Brookhaven (USA) der Versuch unternommen wurde, die experimentellen Daten auf vergleichbare Präzision zu bringen. Das Ergebnis war eine Diskrepanz in der 9. Nachkommastelle mit Betrag 4.

Eine ausführliche Analyse aller Unsicherheiten ergab eine 99%ige Wahrscheinlichkeit, dass hier "Neue Physik" vorliegen müsse, und löste intensive theoretische Forschungen nach den möglichen Ursachen aus.

Im November 2001 wurde von einer Gruppe französischer Physiker aus Marseille einer der vielen Beiträge zum anomalen magnetischen Moment der Muonen neu berechnet: die hadronische Licht-an-Licht-Streuung, ein extrem schwacher Effekt, trägt in der 9. Nachkommastelle bei, und war auch bisher berücksichtigt worden. Nur bekamen die französischen Physiker diesen Effekt mit einem anderen Vorzeichen heraus als die Theoretiker vor ihnen! Der Theoretiker Toichiro Kinoshita (Cornell University, New York), auf den die ersten Rechnungen zurückgehen und der dafür berühmt ist, die schwierigsten und aufwändigsten "Feynmangraphen" berechnet zu haben, konnte dies nun im Dezember bestätigen. Er fand den entsprechenden Fehler in seinen Rechnungen - dieser ging zurück auf einen Vorzeichenfehler, den ein algebraisches Computer-Programm machte, das er verwendete. Wenn man diesen Vorzeichenfehler korrigiert, reduziert sich die Diskrepanz in der 9. Nachkommastelle von 4 auf 2, und die Wahrscheinlichkeit für "Neue Physik" im gemessenen magnetischen Moment der Muonen sinkt damit beträchtlich.

Ein herber Triumph der Theorie also - man konnte also so subtile Effekte wie virtuelle hadronische Licht-an-Licht-Streuung experimentell verifizieren, und damit das Standardmodell der Teilchenphysik bestätigen, aber man wäre eigentlich viel mehr an handfesten Diskrepanzen interessiert, die einen Fingerzeig darauf liefern, was die Natur jenseits der bereits verstandenen Physik zu bieten hat.

Ein ironisches Detail am Rande: Der Theoretiker Kinoshita, dessen Rechnungen den beschriebenen Vorzeichenfehler beinhalteten, hatte erst im Jänner 2001 eine Arbeit mit dem Titel "Everyone Makes Mistakes - Including Feynman" veröffentlicht, was nun manche auf ihn ummünzten, obwohl es auch "Including Computers" heißen könnte.

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