Am 3. Juni 2025 stellte die Myon g-2 Kollaboration ihre dritte und abschließende Messung des anomalen magnetischen Moments des Myons vor. Diese neue Analyse gelangte zu einem experimentellen Wert von aµ = (g−2)/2 = 0.001 165 920 705 ± 0.000 000 000 148 und übertraf die anfänglichen Zielsetzungen mit einer unerwartet hohen Genauigkeit von 127 Teilen pro Milliarde. Dies zeugt von bemerkenswerten Fortschritten in der Präzisionsmessung, die eine wichtige Rolle in der modernen Teilchenphysik spielen.
Die Messungen wurden im Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) durchgeführt und umfassen Daten aus einer sechsjährigen Forschungsphase, die bis zum 9. Juli 2023 andauerte. In diesem Zeitraum wurden über 308 Milliarden Myonen vermessen, wobei die Genauigkeit der Messung von 200 auf 127 Teile in einer Milliarde verbessert werden konnte. Prof. Dr. Martin Fertl von der Johannes Gutenberg-Universität Mainz ist der einzige deutsche Forschende in der internationalen Myon g-2 Kollaboration, die insgesamt fast 180 Wissenschaftler aus 37 Institutionen in sieben Ländern vereint.
Ein Blick auf das Myon g-2 Experiment
Das Myon g-2 Experiment verfolgt die Präzession des magnetischen Moments von Myonen, die ihnen ähnlich, jedoch etwa 200-mal schwerer als Elektronen sind. Diese fundamentalen Teilchen haben eine relativ kurze Lebensdauer und ausgedehnte Eigenschaften, die durch Vakuumfluktuationen beeinflusst werden. Diese Fluktuationen sind auch der Grund für die aktuelle Abweichung des anomalen magnetischen Moments, das um etwa 0,1 % vom theoretischen Wert abweicht. Das Experiment verwendet einen 14 Meter durchmessenden supraleitenden Magnetring, um die Myonen unter kontrollierten Bedingungen zu analysieren.
Die neuesten Ergebnisse stehen im Einklang mit den früheren Messungen aus den Jahren 2021 und 2023, boten jedoch neue, präzisere Daten. Die Myon g-2 Theorie Initiative hat gleichzeitig neue Vorhersagen für das anomale magnetische Moment veröffentlicht, die basierend auf Gitter-QCD-Rechnungen einen theoretischen Wert von aµ = (g−2)/2 = 0.001 165 920 33 ± 0.000 000 000 62 angeben. Diese Übereinstimmung könnte Hinweise darauf liefern, dass es physikalische Phänomene gibt, die über das Standardmodell hinausgehen.
Verbindungen zur Dunklen Materie
Die Erforschung des anomalen magnetischen Moments könnte auch wichtige Einblicke in die Dunkle Materie bieten, die als Grundbaustein für die Strukturen im Universum gedeutet wird. Physiker suchen mit zwei Methoden nach Dunkler Materie: durch direkte Experimente an Teilchenbeschleunigern, wie dem Large Hadron Collider, und durch indirekte Untersuchungen bekannter physikalischer Prozesse, die Präzision erfordern. Die Messungen am Fermilab haben gezeigt, dass Myonen in der Lage sind, das Vakuum nach virtuellen Teilchen abzusuchen und somit potenziell neue Teilchen, die Dunkle Materie ausmachen könnten, zu entdecken.
Die Experimentieren am Fermilab haben auch das Verständnis von theoretischen Berechnungen revolutioniert, die in der Vergangenheit von der Beobachtungen abwichen. In der jüngsten Studie ergaben sich neue Einsichten aus der detaillierteren Berücksichtigung von Vakuumfluktuationen, wodurch die Abweichungen vom Standardmodell verständlicher wurden.
Obwohl das Myon g-2 Experiment nun abgeschlossen ist, könnte es dennoch als Maßstab für zukünftige Messungen dienen. Ein weiteres Experiment in Japan ist geplant, um in den 2030er Jahren zusätzliche Daten zu liefern, wenn auch mit geringerer Präzision. Die Herausforderung besteht in der Interpretation der Ergebnisse und der Suche nach Antworten auf die Fragen, die die neuesten Ergebnisse aufwerfen, darunter die Notwendigkeit, zu klären, warum im LHC keine neuen Teilchen entdeckt wurden.
Die jüngsten Enthüllungen und die Entwicklungen in der Theoretischen Physik machen deutlich, dass die teilweise widersprüchlichen Ergebnisse von Myon g-2 und den LHC-Experimenten zu einer aufregenden Phase in der Teilchenphysik führen könnten, in der alte Theorien hinterfragt und neue Ideen entwickelt werden müssen, um das Universum und seine fundamentalen Kräfte besser zu verstehen.
Die Myon g-2 Kollaboration definiert nicht zuletzt den Weg für zukünftige wissenschaftliche Erkenntnisse und fördert das Verständnis grundlegender physikalischer Konzepte, die über das hinausgehen, was wir bisher als gegeben erachten.
Weitere Informationen und Details zur Studie finden Sie hier, zur Rolle der Dunklen Materie hier und zur Diskussion über die Suche nach neuen Teilchen hier.
