News: Lieber links- als rechtshändig
Normalweise ist in der Physik alles schön symmetrisch, doch einer von vier fundamentalen Wechselwirkungen der Natur lässt sich kein Spiegel vorsetzen. Nun konnten Physiker diese Ausnahme von der Regel auch bei einem verwandten Kräftespiel beobachten.
© (Ausschnitt)
Der Mensch ist symmetrisch – aber nur auf den ersten Blick. Der Zweite zeigt, dass in unserem Körper bestimmte Organe nur auf einer Körperhälfte zu finden sind. Auch bei Molekülen existiert eine ähnlich versteckte Asymmetrie: Zwar kann ihre Strukturformel bis auf eine Spiegelung völlig identisch sein, die chemischen Eigenschaften unterscheiden sich bei diesen chiralen Verbindungen aber mitunter erheblich. Was für die belebte Natur und die Chemie gilt, ist auch in der Physik zu beobachten.
Zwar verhalten sich drei der vier fundamentalen Wechselwirkungen bei Spiegelung identisch. Das gilt jedoch nicht für die schwache Wechselwirkung, der alle Elementarteilchen mit Ausnahme der Photonen unterliegen. Diese Kraft wirkt nur auf sehr kurze Reichweite und ist beispielsweise für den Zerfall relativ langlebiger Elementarteilchen verantwortlich. Bereits 1956 vorausgesagt, konnte schon ein Jahr später am Zerfall von Kobalt gezeigt werden, dass hier die Spiegelsymmetrie gebrochen ist. Die Zählraten der Betateilchen – sprich der Elektronen – unterschied sich im gespiegelten Versuchsaufbau erheblich vom ursprünglichen.
Nun lassen sich im Rahmen des Glashow-Weinberg-Salam-Modell elektromagnetische und schwache Wechselwirkung zur elektroschwachen Wechselwirkung zusammenfassen. Könnte das unter Umständen bedeuten, dass die Paritätsverletzung auch dann zu beobachten ist, wenn keine Zerfallsprozesse eine Rolle spielen – wenn also die schwache Wechselwirkung nicht zum Tragen kommt? Wie neueste Ergebnisse eines Experiments am Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) zeigen, scheint dies der Fall zu sein. Die 59 Forscher fanden eine – wenn auch sehr geringe – Abweichung bei der Streuung von Elektronen aneinander.
In dem aufwändigen Versuch ließen die Wissenschaftler einen polarisierten Elektronenstrahl – der Spin der Elektronen war mal parallel mal antiparallel zur Bewegungsrichtung ausgerichtet – auf ein Target aus Wasserstoff treffen. An den Elektronen dieser Atome wurden die Elektronen anschließend gestreut. Unzählige Kollisionen überprüften die Physiker, wobei sie feststellen, dass in 175 von einer Milliarde Fällen Symmetrie nicht gegeben war: Linkshändige Elektronen, deren Spin entgegen der Bewegungsrichtung des Strahls wies, wurden ein kleines bisschen häufiger gestreut als die Elektronen mit der anderen Spinorientierung. Der statistische Fehler lag bei diesen Messungen bei nur 30 Fällen pro einer Milliarde Messung, also deutlich darunter.
Damit zeigen die Versuche, dass tatsächlich auch bei der Elektron-Elektron-Streuung eine gewisse Asymmetrie vorherrscht – ganz so wie es das Standardmodell der Teilchenphysik vorsieht. Das ist jedoch nicht für alle Physiker ein Grund zum Jubeln. Manche finden das Standardmodell schon ziemlich betagt und würden es lieber heute als morgen durch eine bessere Theorie ersetzen. Doch diese Pläne müsse sie wohl angesichts der neuesten Ergebnisse noch etwas aufschieben, denn das Modell erweist sich zumindest in Bezug auf die Paritätsverletzung als zuverlässiger als bisher erwartet.
Zwar verhalten sich drei der vier fundamentalen Wechselwirkungen bei Spiegelung identisch. Das gilt jedoch nicht für die schwache Wechselwirkung, der alle Elementarteilchen mit Ausnahme der Photonen unterliegen. Diese Kraft wirkt nur auf sehr kurze Reichweite und ist beispielsweise für den Zerfall relativ langlebiger Elementarteilchen verantwortlich. Bereits 1956 vorausgesagt, konnte schon ein Jahr später am Zerfall von Kobalt gezeigt werden, dass hier die Spiegelsymmetrie gebrochen ist. Die Zählraten der Betateilchen – sprich der Elektronen – unterschied sich im gespiegelten Versuchsaufbau erheblich vom ursprünglichen.
Nun lassen sich im Rahmen des Glashow-Weinberg-Salam-Modell elektromagnetische und schwache Wechselwirkung zur elektroschwachen Wechselwirkung zusammenfassen. Könnte das unter Umständen bedeuten, dass die Paritätsverletzung auch dann zu beobachten ist, wenn keine Zerfallsprozesse eine Rolle spielen – wenn also die schwache Wechselwirkung nicht zum Tragen kommt? Wie neueste Ergebnisse eines Experiments am Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) zeigen, scheint dies der Fall zu sein. Die 59 Forscher fanden eine – wenn auch sehr geringe – Abweichung bei der Streuung von Elektronen aneinander.
In dem aufwändigen Versuch ließen die Wissenschaftler einen polarisierten Elektronenstrahl – der Spin der Elektronen war mal parallel mal antiparallel zur Bewegungsrichtung ausgerichtet – auf ein Target aus Wasserstoff treffen. An den Elektronen dieser Atome wurden die Elektronen anschließend gestreut. Unzählige Kollisionen überprüften die Physiker, wobei sie feststellen, dass in 175 von einer Milliarde Fällen Symmetrie nicht gegeben war: Linkshändige Elektronen, deren Spin entgegen der Bewegungsrichtung des Strahls wies, wurden ein kleines bisschen häufiger gestreut als die Elektronen mit der anderen Spinorientierung. Der statistische Fehler lag bei diesen Messungen bei nur 30 Fällen pro einer Milliarde Messung, also deutlich darunter.
Damit zeigen die Versuche, dass tatsächlich auch bei der Elektron-Elektron-Streuung eine gewisse Asymmetrie vorherrscht – ganz so wie es das Standardmodell der Teilchenphysik vorsieht. Das ist jedoch nicht für alle Physiker ein Grund zum Jubeln. Manche finden das Standardmodell schon ziemlich betagt und würden es lieber heute als morgen durch eine bessere Theorie ersetzen. Doch diese Pläne müsse sie wohl angesichts der neuesten Ergebnisse noch etwas aufschieben, denn das Modell erweist sich zumindest in Bezug auf die Paritätsverletzung als zuverlässiger als bisher erwartet.
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