Die Myon g-2-Kollaboration, bestehend aus drei internationalen Forschungsteams, hat den renommierten Breakthrough Prize in Fundamental Physics 2026 gewonnen. Eine herausragende Beteiligung stammt von der Forschungsgruppe am Exzellenzcluster PRISMA++ der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, die entscheidende Messkapazitäten und Analysestrategien zur Messung von Myon-Schwankungen bereitstellte. Diese Auszeichnung würdigt die bedeutenden Fortschritte in der Fundamentalphysik, die die Eigenschaften des Myons beleuchten.
Die Forschung an Myonen, die in den 1970er-Jahren begann, nahm durch umfangreiche Messungen am Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab), dem Brookhaven National Laboratory und CERN Form an. Das Myon g-2-Experiment misst die Rotationsfrequenz der Myonen in einem Magnetfeld und auch das Magnetfeld selbst. Das Ziel dieser Messungen ist die Bestimmung des anomalen magnetischen Moments (aμ), das von der theoretischen Vorhersage g=2 abweicht. Ein bedeutendes Ergebnis der Messkampagne war die Erreichung einer Genauigkeit von 127 Teilen pro Milliarde (ppb).
Technische Errungenschaften und Messmethoden
Die präzisen Messungen des Magnetfelds erfolgen durch Martin Fertl und sein Team am PRISMA++, die hunderte von Kernspinresonanz-Magnetometern in den Vakuumkammern installierten. Diese Technologie ermöglichte es, das Magnetfeld mit einer Genauigkeit von mehr als 70 ppb zu bestimmen. Zudem wurden interessante Entdeckungen über die minimalen Veränderungen des Magnetfelds nach dem Einschalten gemacht. Myonen, die etwa 200-mal schwerer als Elektronen sind, liefen durchschnittlich tausendmal mit nahezu Lichtgeschwindigkeit in einem 14 Meter großen supraleitenden Magnetspeicherring.
Die Abweichung des anomalen magnetischen Moments von g=2 wird durch Vakuumfluktuationen verursacht, die das Verhalten von Teilchen beeinflussen. Diese Erkenntnisse sind besonders relevant für die Untersuchung der Dunklen Materie, die einen größeren Anteil im Universum ausmacht als gewöhnliche Materie. Ein vielversprechender Ansatz zur Erforschung dieser Dunklen Materie ergibt sich auf Basis des anomalen magnetischen Moments des Myons. Ein langjähriges Präzisionsexperiment am Fermilab hat den Wert dieses Moments nun genauer bestimmt, was neue Wege in der Teilchenphysik eröffnet.
Internationale Zusammenarbeit und zukünftige Perspektiven
Die internationale Zusammenarbeit war entscheidend, um das Experiment während der Covid-Pandemie fortzusetzen, was die Ambitionen der Forscher nicht mindern konnte. Fertl hebt die Bedeutung dieser kollektiven Anstrengung zur Erforschung der Eigenschaften des Myons und zur Testung des Standardmodells der Teilchenphysik hervor. Das Experiment am Fermilab, dessen Abschluss nun bereits hinter uns liegt, hat einen neuen Standard für zukünftige Messungen gesetzt und wird in den kommenden Jahren durch weitere Experimente in Japan ergänzt. Diese sollen ab den 2030er-Jahren Daten sammeln, um die aktuellen Ergebnisse zu vertiefen.
Die Überraschte Reaktion vieler Mitglieder der Kollaboration auf die Verleihung des Breakthrough Prize zeigt die Demut und das Engagement, die in dieser bedeutenden Forschungsarbeit stecken. Die präzise Bestimmung des anomalen magnetischen Moments, das nun einen Wert von 0,001 165 920 705 mit einer Messunsicherheit bis zur zehnten Stelle hinter dem Komma aufweist, ist der Abschluss von über 15 Jahren internationaler Zusammenarbeit und ein aufregender Schritt in der Forschung zur Dunklen Materie.