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Internationales Physiker-Team berechnet Effekt virtueller quarks in der Streuung von zwei Lichtquanten


2. April 2020

Mit der Entdeckung des Higgs-Teilchens am CERN Large-Hadron-Collider im Jahre 2012 wurde das letzte Teilchens des sogenannten Standardmodells der Teilchenphysik experimentell bestätigt. Doch es gibt gute Gründe an der Vollständigkeit der aktuellen Theorie zu zweifeln: Zum einen sind astrophysikalische Erkenntnisse, wie die Existenz dunkler Materie, nicht in der Theorie beschrieben. Zum anderen ist bei sehr hohen Energien eine quantenmechanische Beschreibung der Gravitation erforderlich, welche ebenfalls nicht Teil des Standardmodells ist. Die Suche nach Hinweisen neuer physikalischer Prozesse jenseits dieses Standardmodells beschäftigt daher Forscher seit vielen Jahren.

Ein vielversprechender Hinweis auf solch “neue Physik” liegt in Präzisionsmessungen des Effektes eines magnetischen Feldes auf die intrinsische Rotation (Spin) elementarer Teilchen. In der Tat gibt es seit der Messung dieser Effekte für Muonen (schwerere Verwandte der Elektronen) am Brookhaven National Laboratory in den USA im Jahre 2004 eine Diskrepanz mit theoretischen Vorhersagen. Der Regensburger Physiker Prof. Dr. Christoph Lehner und seine Kollegen aus den USA und Japan untersuchten daher die am schwierigsten zu berechnende Komponente der Theorie-Vorhersage – den Effekt virtueller quarks in der Streuung von zwei Lichtquanten (Photonen). Um diese Rechnung durchzuführen, hat das Team neue Methoden entwickelt, mit denen es das Problem auf Supercomputern in den USA simulieren konnte. So konnten die Wissenschaftler den Effekt virtueller quarks in der Streuung von zwei Lichtquanten mit hoher Präzision berechnen und als Ursache für den Unterschied zwischen dem Brookhaven Experiment und dem Standardmodell ausschließen. Die Ergebnisse der Wissenschaftler wurden in dem Journal Physical Review Letters veröffentlicht.

Prof. Dr. Lehner und seine Kollegen warten nun gespannt auf neue Ergebnisse eines Experiments am Fermilab in den USA, welche in diesem Sommer veröffentlicht werden sollen und neue Erkenntnisse zur aktuellen Diskrepanz liefern können.

Das Diagramm symbolisiert die Lichtstreuung durch virtuelle quarks. Der Hintergrund ist der Supercomputer, auf dem die Rechnungen durchgeführt wurden (MIRA am Argonne National Laboratory).
© Prof. Dr. Christoph Lehner

Originalpublikation:

Thomas Blum, Norman Christ, Masashi Hayakawa, Taku Izubuchi, Luchang Jin, Chulwoo Jung and Christoph Lehner, “The hadronic light-by-light scattering contribution to the muon anomalous magnetic moment from lattice QCD”, Physical Review Letters (2020).
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.132002


ANSPRECHPARTNER FÜR MEDIENVERTRETER

Prof. Dr. Christoph Lehner
Institut für Theoretische Physik
Universität Regensburg
Telefon: 0941 943-2001
E-Mail: christoph.lehner@ur.de

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