Partikel: Diese ultra-seltene Zerfallsreaktion könnte die Physik revolutionieren
Dieser höchst seltene Prozess könnte eine neue Tür zu unbekannten physikalischen Phänomenen öffnen. Das NA62-Experiment steht im Mittelpunkt dieser Entdeckung.
Das NA62-Experiment ist etwa 270 Meter lang und befindet sich in den Kavernen TCC8 und ECN3 im Nordbereich des CERN.
Bild: M.Brice/CERN
Das Kaon, ein subatomares Teilchen, zerfällt in ein Pion, begleitet von einem Neutrino-Antineutrino-Paar. Dieses Phänomen ist so selten, dass das Standardmodell weniger als ein Ereignis pro 10 Milliarden Kaonen vorhersagt. Diese geringe Wahrscheinlichkeit fasziniert Physiker, da sie möglicherweise eine neue Physik über unser derzeitiges Verständnis hinaus aufdecken könnte. Das NA62-Team hat spezielle Vorrichtungen entwickelt, um diesen Zerfall zu beobachten.
Cristina Lazzeroni, Professorin an der Universität Birmingham, betont die Bedeutung dieser Beobachtung. Für sie ist es eine der seltensten jemals aufgezeichneten, mit einem Grad an Sicherheit, der das berühmte „5 Sigma“ erreicht. Die Zusammenarbeit der Forscher war entscheidend, um diese Ergebnisse zu erzielen.
Die Kaonen werden durch einen intensiven Protonenstrahl produziert, der vom Super Proton Synchrotron des CERN beschleunigt wird. Sie werden in einem Sekundärstrahl von Teilchen isoliert und in Richtung des NA62-Detektors gelenkt. Dieser Detektor misst die Zerfallsprodukte der Kaonen mit hoher Präzision, insbesondere die Pionen, die einzigen nachweisbaren Produkte.
Giuseppe Ruggiero von der Universität Florenz erinnert daran, dass diese Entdeckung das Ergebnis eines jahrzehntelangen Bemühens ist. Ihm zufolge war die extrem geringe Wahrscheinlichkeit dieses Zerfalls eine große Herausforderung, aber das Ergebnis ist eine verdiente Belohnung für die investierten Anstrengungen.
Die Daten stammen aus Experimenten, die zwischen 2021 und 2022 durchgeführt wurden, nachdem technische Verbesserungen hinzugefügt wurden. Dank einer erhöhten Strahlintensität und einer genaueren Analyse konnte das Team mehr potenzielle Signale identifizieren und gleichzeitig die Messfehler reduzieren.
Das NA62-Team konzentriert sich auf diesen Zerfallsprozess, da er besonders empfindlich auf neue physikalische Theorien ist. Obwohl die aktuellen Ergebnisse den Vorhersagen des Standardmodells entsprechen, könnte ein leicht erhöhter Wert auf die Existenz neuer Teilchen hinweisen.
Die nächsten Jahre werden entscheidend sein, um die Existenz dieser neuen Theorien zu bestätigen oder zu widerlegen.
Was ist das Standardmodell der Teilchenphysik?
Das Standardmodell ist die Theorie, die die elementaren Teilchen und ihre fundamentalen Wechselwirkungen beschreibt. Es umfasst drei der vier fundamentalen Kräfte des Universums: den Elektromagnetismus, die starke Kernkraft und die schwache Kernkraft. Die Gravitation ist jedoch nicht eingeschlossen.
Diese Theorie ordnet die Teilchen in zwei Hauptkategorien: Quarks und Leptonen. Quarks bilden Protonen und Neutronen, während Leptonen Teilchen wie Elektronen und Neutrinos umfassen. Bosonen, wie das Photon oder das Higgs-Boson, sind für die Wechselwirkungen zwischen den Teilchen verantwortlich.
Obwohl es sehr leistungsfähig ist, erklärt das Standardmodell nicht alles. Es umfasst weder die Gravitation noch dunkle Materie oder dunkle Energie, was Wissenschaftler dazu veranlasst, nach neuen Theorien zu suchen, die dieses Modell ergänzen oder übertreffen.
Was ist der Zerfall eines Kaons?
Der Zerfall eines Kaons ist ein Prozess, bei dem ein Kaon, ein instabiles subatomares Teilchen, in leichtere Teilchen zerfällt. Diese Umwandlungen folgen den Gesetzen der Teilchenphysik, insbesondere denen, die im Standardmodell beschrieben sind. Ein Kaon kann in ein Pion, ein Neutrino und ein Antineutrino zerfallen.
Dieser Prozess ist wichtig, weil er sehr selten auftritt. Tatsächlich zerfällt weniger als eines von 10 Milliarden Kaonen auf diese Weise. Forscher interessieren sich besonders dafür, da Abweichungen von den Vorhersagen des Standardmodells auf neue Teilchen oder noch unbekannte Kräfte hinweisen könnten.