Missing Link: Die verzweifelte Suche nach der neuen Physik
In der Teilchenphysik gibt es gerade jede Menge "Anomalien", die als Hinweis auf eine neue Physik interpretiert werden. Sabine Hossenfelder widerspricht.
(Bild: agsandrew/Shutterstock.com)
Der Large Hadron Collider (LHC) ist gerade wieder angefahren worden. Während einer dreijährigen Pause, die durch die Pandemie etwas verlängert wurde, haben Physiker zahlreiche kleine Upgrades vorgenommen. Die Protonenkollisionen am LHC sollten nun eine leicht höhere Gesamtenergie erreichen, die Datenaufnahme schneller und die Detektoren empfindlicher sein. Wenn alles läuft wie geplant, wird der LHC im Jahr 2025 dann nochmal für eine Aufrüstung runtergefahren, und von 2027 bis 2029 wesentlich mehr Protonen kollidieren.
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Bis heute hat der LHC erst etwa ein Zehntel der Daten gesammelt, für die er konstruiert wurde. Da die Gesamtenergie der Kollisionen aber nicht maßgeblich gesteigert werden kann – dazu bräuchte man einen größeren Beschleuniger – bedeutet das vor allem, dass jetzt die Statistik der Daten verbessert wird. In jedem Datenset gibt es Fluktuationen, die von den Vorhersagen abweichen. Je mehr Daten man hat, desto genauer weiß man, was nur eine Fluktuation war. Wenn der LHC also jetzt weitere Daten sammelt, dann kann man damit vor allem schwache und seltene Signale herausarbeiten, die sonst im Rauschen untergehen würden.
Signal oder Rauschen?
Tatsächlich haben Teilchenphysiker einige solche Anomalien in den Daten, von denen sie derzeit nicht wissen, ob sie neue Physik sind, oder doch nur zufällige Ansammlungen von Messergebnissen.
So gibt es zum Beispiel schon seit den ersten LHC-Ergebnissen Hinweise darauf, dass die Zerfälle von einigen zusammengesetzten Teilchen – den sogenannten B-Mesonen – nicht so stattfinden, wie das Standardmodell der Teilchenphysik vorhersagt. Diese Anomalie ist derzeit aber nicht statistisch signifikant.
In der Teilchenphysik wird die statistische Signifikanz einer Anomalie in der Regel mit Standardabweichungen quantifiziert und in Vielfachen von Sigma angegeben. Je mehr Sigma die Abweichung, desto höher die Wahrscheinlichkeit, dass die Anomalie nicht dem Zufall zugesprochen werden kann. Die Signifikanz der B-Mesonen Anomalie ist zwischen 3 und 4 Sigma geblieben – eine neue Entdeckung würde 5 Sigma verlangen – aber verschwunden ist sie auch nicht.
Zudem gibt es schon seit 20 Jahren Ungereimtheiten mit Messungen an einem der elementaren Teilchen, dem magnetischen Moment des Myons, die sich vergangenen Jahr mit einer neuen Messung bestätigte. Diese Messungen werden nicht mit Teilchenkollisionen gemacht, aber auch hier passt das Ergebnis nicht mit dem Standardmodell zusammen. Die statistische Signifikanz der Myonen-Anomalie ist mit 4,2 Sigma aber wieder nicht hoch genug, um von einer neuen Entdeckung zu reden.