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

Mit der Entdeckung des Higgs-Teilchens am CERN Large-Hadron-Collider im Jahre 2012 wurde das letzte Teilchens des sogenannten Standardmodells der Teilchenphysik experimentell best?tigt. Doch es gibt gute Gründe an der Vollst?ndigkeit 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 besch?ftigt daher Forscher seit vielen Jahren.

Ein vielversprechender Hinweis auf solch “neue Physik” liegt in Pr?zisionsmessungen 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 Pr?zision berechnen und als Ursache für den Unterschied zwischen dem Brookhaven Experiment und dem Standardmodell ausschlie?en. Die Ergebnisse der Wissenschaftler wurden in dem Journal Physical Review Letters ver?ffentlicht.

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

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 (externer Link, ?ffnet neues Fenster)