Präzisionstests des Standardmodells

In den letzten 50 Jahren haben viele Experimente die theoretischen Voraussagen des Standardmodells bestätigt. Doch hält das Modell auch Präzisionstests stand – oder werden Experimente doch kleinste Abweichungen zeigen, die Hinweise auf bisher unbekannte Teilchen und Kräfte liefern könnten? MESA spielt eine wichtige Rolle für Präzisionsexperimente, mit denen die Grenzen des Standardmodells im Bereich niedriger Energien erforscht werden sollen: Dazu gehören die Messung des elektroschwachen Mischungswinkels am P2-Experiment und die Messung des Protonenradius am Vielzweckspektrometer MAGIX. 

Der elektroschwache Mischungswinkel

Am P2-Experiment soll der sogenannte elektroschwache Mischungswinkel bei niedrigen Energien sehr präzise gemessen werden.

Dieser Winkel beschreibt das Zusammenspiel zwischen elektromagnetischer und schwacher Kraft. Während erstere für elektrische und magnetische Vorgänge in der Natur verantwortlich ist, vermittelt die schwache Kraft Prozesse auf winzigem Maßstab, wie den Betazerfall von radioaktiven Atomkernen und die Kernfusion. Trotzdem betrachten Forscher beide als zwei Aspekte der gleichen grundlegenden Wechselwirkung: Wenn das Universum so heiß wäre wie kurz nach dem Urknall, sollten die beiden Wechselwirkungen laut den Vorhersagen der elektroschwachen Theorie nicht zu unterscheiden sein.  

Der elektroschwache Mischungswinkel kann mithilfe von Teilchenkollisionen gemessen werden, bei denen beide Kräfte eine Rolle spielen. Am P2-Experiment werden zu diesem Zweck Stöße zwischen Elektronen und Protonen untersucht.  

Die Messung des Protonenradius  

Das Rätsel des Protonenradius wird derzeit unter Forschern heiß diskutiert: Messungen der letzten Jahre ergaben zwei verschiedene Werte für den Radius des Protons, die um mehr als das Fünffache der Messunsicherheit auseinander lagen. Die Daten wurden akribisch geprüft, doch bisher ist keine Erklärung in Sicht. Vielleicht könnte sich hier etwas völlig Neues jenseits bisheriger physikalischer Modelle verbergen?

Aus diesem Grund werden Mainzer Forscher den Radius des Protons (genauer: seinen Formfaktor) mit dem Vielzweckspektrometer MAGIX vermessen.