Myon g-2: Präziseste Messungen schüren Hoffnung auf neue Physik!

Mainz, Deutschland - Die Myon g-2 Kollaboration hat am 3. Juni 2025 ihre dritte und letzte Veröffentlichung zur Messung des anomalen magnetischen Moments des Myons bekannt gegeben. Die Ergebnisse zeigen eine bemerkenswerte Verbesserung der Genauigkeit auf 127 Teile in einer Milliarde (ppb) und bestätigen die Resultate der vorherigen Messungen aus 2021 und 2023. Dieses Forschungsteam, zu dem auch die einzige deutsche Gruppe unter dem Leitung von Prof. Dr. Martin Fertl von der Johannes Gutenberg-Universität Mainz gehört, hat ein Jahr intensiver Arbeit im Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) am Myonen-Campus hinter sich.

Mit einem spezifischen Wert für das anomale magnetische Moment von aµ = (g-2)/2 = 0.001 165 920 705 ± 0.000 000 000 148 präsentiert die Kollaboration das präziseste Ergebnis, das jemals zu diesem Thema erzielt wurde. Die Messung basiert auf Daten von über 72% der insgesamt 308 Milliarden analysierten Myonen während eines sechsjährigen Experiments, das 2018 begann und am 9. Juli 2023 endete.

Ein nächster Schritt in der Teilchenphysik

Das anomale magnetische Moment des Myons ist mehr als nur eine theoretische Zahl. Physiker erhoffen sich durch diese Messungen neue Einsichten in die Dunkle Materie des Universums. Dyskalierte Materie macht einen größeren Teil des Universums aus als die gewöhnliche Materie, doch ihre Zusammensetzung bleibt weitgehend unbekannt. Das Myon, mit einer Masse von 200-mal der des Elektrons, hat ein anomales magnetisches Moment, welches Abweichungen vom theoretischen Wert aufweist – eine Abweichung, die von Vakuumfluktuationen verursacht wird. Diese Fluktuationen könnten nicht nur das Verhalten von Myonen beeinflussen, sondern auch auf unbekannte Teilchen hinweisen, die möglicherweise in der Dunklen Materie verborgen sind.

Der Weg zu diesen Ergebnissen war jedoch nicht ohne Herausforderungen. Während des Experiments am Fermilab wurden Verzerrungen durch sorgfältige Zeitmessungen ausgeschlossen. Um die Neutralität der Wissenschaftler zu gewährleisten, wurde der Zeitmesser des Experiments um eine zufällige Anzahl verschoben, was später zu Datenverfälschungen führte, die erst nach Abschluss der Analyse korrigiert werden konnten. Jessica Esquivel, ein Mitglied des Muon-g-2-Teams, merkte an, dass die Veröffentlichung der Ergebnisse gemischte Gefühle von Ekstase und Pessimismus auslöste.

Zukunftsausblick und theoretische Entwicklungen

Die Myon g-2 Kollaboration umfasste fast 180 Wissenschaftler aus 37 Institutionen in sieben Ländern. Stipendien für Studierende und die Zusammenarbeit von Physikern unterschiedlichster Fachrichtungen unterstreichen die internationale Dimension und den interdisziplinären Charakter dieses Projekts. Aus diesen Anstrengungen resultieren neue theoretische Vorhersagen für das anomale magnetische Moment, die auf Gitter-QCD-Rechnungen basieren und die Werte mit aktuellen Experimenten in Einklang bringen.

Für die Zukunft sind weitere Experimente in Planung. So soll ein neues Experiment in Japan in den frühen 2030er-Jahren zusätzliche Daten liefern, obwohl eine geringere Präzision erwartet wird. Diese Vorhaben könnten Licht auf Fundamentalfragen der Physik werfen und neue Theorien anstoßen, insbesondere im Hinblick auf das Standardmodell der Teilchenphysik und die Suche nach Dunkler Materie.

Insgesamt stellt die Myon g-2 Studie einen bedeutenden Fortschritt dar. Sie untermauert nicht nur etablierte physikalische Prinzipien, sondern könnte auch den Einstieg in neue Bereiche der Forschung eröffnen. Die Ergebnisse wurden zur Publikation in der Fachzeitschrift Physical Review Letters eingereicht und setzen einen neuen Standard für zukünftige Messungen in der Teilchenphysik.