Schwache Ladung gemessen

Kein Platz für eine fünfte Kraft

Von Manfred Lindinger
 - 16:10

Protonen unterliegen nicht nur der elektromagnetischen Wechselwirkung, sondern auch der schwachen Kernkraft. Diese tritt vor allem beim radioaktiven Beta-Zerfall und bei Fusionsprozessen im Inneren der Sonne zutage. Deshalb besitzen die Bausteine der Atomkerne neben einer elektrischen Ladung auch eine schwache Ladung. Letztere tritt kaum in Erscheinung, da sie – wie der Name schon sagt – deutlich schwächer ist als die elektrische Ladung und eine extrem geringe Reichweite besitzt. Nur unter besonderen Bedingungen macht sich die schwache Ladung bemerkbar, etwa wenn energiereiche Elektronen mit Protonen kollidieren.

Weil die schwache Wechselwirkung schwer fassbar ist, gab es immer wieder Spekulationen, ob ihr nicht unbekannte physikalische Prozesse zu Grunde liegen, die vom Standardmodell der Elementarteilchenphysik nicht erfasst werden. Um mögliche Diskrepanzen mit der Theorie aufzudecken, hat eine internationalen Forschergruppe an der Thomas Jefferson National Accelerator Facility die schwache Ladung des Protons äußerst präzise vermessen. Das Ergebnis: die Stärke der schwachen Ladung sei exakt so groß, wie es das Standardmodell voraussagt, schreiben die Physiker in der Zeitschrift „Nature“.

Verräterische Asymmetrie

Die schwache Ladung ist nur äußerst schwer zu messen, weil ihr Einfluss kaum über die Größe des Protons hinausreicht. Sie lässt sich aber über eine richtungsabhängige Asymmetrie ermitteln, die man bei der Streuung unterschiedlich polarisierter Elektronen an Protonen beobachtet. Linkshändige Elektronen (die Spins zeigten in Flugrichtung) wurden anders abgelenkt als ihre rechtshändigen Partner, bei denen die Spins entgegen der Flugrichtung orientiert waren.

Die Forscher haben diese Asymmetrie gemessen und daraus die schwache Ladung ermittelt. Ihr Wert beträgt Qw = 0,0719 (45). Die große Übereinstimmung zwischen Theorie und Experiment räumt nun Spekulationen über eine unbekannte fünfte Kraft aus, die immer wieder im Zusammenhang mit der schwachen Kraft geäußert wurden. Das Ergebnis ist für all jene Teilchenphysiker wichtig, die in ihren Experimenten nach unbekannten physikalischen Prozessen Ausschau halten.

Quelle: F.A.Z.
Manfred Lindinger
Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.
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