Die Hinweise auf die Existenz einer fünften Kraft der Natur verdichten sich

Die Geschichte beginnt in Ungarn: Am Teilchenbeschleuniger MTA Atomki stellen Attila Krasznahorkay und seine Arbeitsgruppe vergangenes Jahr eine Anomalie beim Zerfall instabiler Kerne des Isotops Beriyllium-8 fest. Im Fallout finden sie verräterische Spuren: Die Energiesignatur eines neuen, superleichten subatomaren Partikels.

Es musste ein unbekanntes Teilchen sein, das gerade 30-mal schwerer als ein Elektron ist und nicht vom Standardmodell erklärt wurde. Seltsamerweise reagiert es nur mit Elektronen und Protonen. Zunächst dachten die Ungarn, vielleicht einen Bestandteil dunkler Photonen gefunden zu haben, die das Gegenstück zu Lichtquanten darstellen. Doch andere Physiker glauben nach Interpretation der Daten, dass es sich um das Boson der fünften Fundamentalkraft handeln könnte—eine Kraft, von der erwartet wird, dass sie für die Dunkle Materie und andere kosmische Phänomene verantwortlich sein könnte.

Eine komplett neue Fundamentalkraft? „Wenn das wahr ist, wäre das revolutionär. Wenn es sich durch weitere Experimente bestätigt, würde diese Entdeckung einer möglichen fünften Kraft unser Verständnis vom Universum komplett verändern und hätte Konsequenzen für die Vereinigung von Kräften und Dunkler Materie", erklärt Jonathan Feng von der University of California, dessen Team sich die Daten aus den ungarischen Experimenten bereits im Mai 2016 vornahm und ihre weitere Interpretation nun veröffentlicht hat.

Andere Experten sind vorsichtiger. Die Skepsis unter den Physikern ist berechtigt. Denn die Experimente legen die neue Kraft zwar nahe, aber beweisen noch nichts. Es gab bei dem Versuch durchaus mehr Ereignisse als erwartet, doch ob es sich um einen Materiepartikel oder einen anderen Partikel handelt, lässt die Forscher noch rätseln.

Die Erkenntnisse stammen aus einem Rentner unter den Teilchenbeschleunigern: Der Van-de-Graaff-Beschleuniger hat das gleiche Funktionsprinzip wie Teilchenbeschleuniger von 1936 und schafft nur ein Millionstel der Geschwindigkeit, mit der der LHC Atome aufeinanderprallen lässt.

Bei ihren Versuchen suchte das Team aus Ungarn eigentlich nach etwas ganz anderem, nämlich wie so oft nach Bestandteilen der rätselhaften Dunklen Materie, die bis zu 85% der Materie im Universum ausmachen könnte. Das geheimnisvolle Teilchen entstand, als die ungarischen Forscher Lithium-7-Atome mit Protonen beschossen. Dabei verschmolzen diese zu dem extrem instabilen Kern Beryllium-8, dessen Halbwertszeit gerade mal ein Zehntel von einem Femtometer beträgt.

Nach dem Beschuss sollten sich eigentlich Elektronen und Positronen in genau berechneten Flugbahnen verteilen. Taten sie aber nicht. Krasznahorkay berichtet, bei dem Versuch habe sich ein unbekanntes, extrem leichtes Partikel mit einer Masse von rund 17 Megalelektronenvolt gebildet, das sich in einem ungewöhnlichen Datenverlauf bemerkbar machte.

Sollte das Teilchen verifiziert werden, müssten wir vielleicht unsere Grundlagen der Physik neu denken, wie zum Beispiel das Standardmodell. Dieses Modell ist die beste Gleichungssammlung für das Universum, die wir momentan haben—aber vielleicht ist sie nicht gut genug.

Nicht klar ist außerdem, ob das Partikel Kräfte vermittelt. Falls ja, könnte das ein Hinweis auf die Existenz einer geheimnisvollen fünften Grundkraft sein, die unsere Welt im Innersten zusammenhält. Die neue Kraft würde allerdings nur über einen winzigen Abstand von ein paar Atomkerndurchmessern wirken. Bisher ging man davon aus, dass das Universum von nur vier Kräften zusammengehalten wird (Physiker sprechen allerdings lieber von „Wechselwirkung"): Schwerkraft, Elektromagnetismus, starke und schwache Kernkraft. Das Standardmodell besagt eigentlich, dass jede der vier Kräfte auch ihren eigenen Bosom-Partner hat: Photonen (Lichtpartikel) tragen die elektromagnetische Kraft, Klebeteilchen oder Gluone tragen die starke Kraft, und die W und Z-Bosons sind für schwache Kernkraft oder Wechselwirkung verantwortlich.

Vielleicht ist also das unbekannte Teilchen das Boson (also das Vermittlerteilchen) der neuen Grundkraft. Daher sprechen die Forscher um Feng auch vom X Boson. Das Boson würde sich allerdings in einem Bereich befinden, dem die Forscher bislang keine besondere Aufmerksamkeit haben zukommen lassen—obwohl Labore das Teilchen bereits seit den 50er Jahren erzeugen konnten. Durch eine Datenanalyse früherer Experimente konnte festgestellt werden, dass sich das Teilchen bislang nicht gezeigt hat. Golem schreibt: „Mit ihrem Experiment untersuchten die Forscher also den blinden Fleck."

Und ein blinder Fleck ist es nun auch, wonach die Forscher weiter suchen; denn im Gegensatz zum Higgs-Partikel wissen die Physiker nicht genau, welchen Platz in der Physiktheorie das Teilchen einnehmen könnte. Genaueres über die mögliche fünfte Grundkraft ist schwer zu beschreiben. Besonders fanzinierend findet Feng die Vorstellung, dass es sich vielleicht um eine Kraft handeln könnte, die zusammen mit den elektromagnetischen, starken und schwachen Kernkräften „Ausdruck einer größeren, noch fundamentaleren Kraft" sein könnte, wie er gegenüber phys.org spekulierte.

Einig sind sich die Physiker darin, dass die Ergebnisse auf solideren Boden gestellt werden müssen. Dazu werden die Experimente des ungarischen Teams auf der ganzen Welt wiederholt, um das Teilchen gezielt zu erzeugen und messen zu können.

Bis zur Weltformel ist es also noch ein weiter Weg.