Alles streut


Im Alltag begegnen uns ständig Zahlen, Werte und Größenangaben: Es gibt eine mittlere Lebenserwartung und eine Durchschnittsgröße der Menschen in Deutschland. All diese Angaben haben eines gemeinsam: Es gibt einen Mittelwert, aber die tatsächlichen Werte eines Einzelnen, zum Beispiel ihre Körpergrößen, sind ganz unterschiedlich verteilt – sie streuen.

Ganz typisch ist eine bestimmte Form der Verteilung um einen Mittelwert – die „Normalverteilung“. Ihr folgen auch Messwerte aus einem oft wiederholten
Experiment. Im Modul "Alles streut" können Sie anhand eines "Galton-Bretts" nachvollziehen, wie eine solche Verteilung zustande kommt.

Doch es geht noch weiter: Den Erwartungswert und die Standardabweichung „sigma“ einer Normalverteilung nutzen Physikerinnen und Physiker, um ihre Ergebnisse
einzuordnen. Denn wenn der aus vielen einzelnen Messungen ermittelte Wert um mehr als fünf Sigma vom Erwarteten abweicht, kann das kein Zufall mehr
sein! Hier geht es schlussendlich um extrem kleine Wahrscheinlichkeiten, die wir anhand von 1,7 Millionen Reiskörnen verdeutlichen wollen.

Paradebeispiel in dem Zusammenhang ist das Myon g-2 Experiment, welches wir in diesem Modul ausführlich vorstellen. Erste Ergebnisse sorgten 2021 für großes Aufsehen, denn eine "echte" - und nicht bloß "zufällige" - Abweichung von Theorie und Experiment wird immer wahrscheinlicher. Öffnet das Myon die Tür zu bisher unbekannten Teilchen oder Kräften?

Weiterführende Infos:

Das Myon ist ein wundervolles und faszinierendes Teilchen. In der Teilchenphysik ist es ein beliebtes Untersuchungsobjekt, weil sich
seine Eigenschaften extrem präzise vermessen und berechnen lassen. Diese Infografik zeigt einige der grundlegenden Eigenschaften des Myons zusammen mit lustigen Fakten (Abbildung/©: Diana Brandonisio/Fermilab)


Foto/©: Reidar Hahn / Fermilab

Das Myon g-2 Experiment am Fermilab bei Chicago wurde entwickelt, um die magnetischen Eigenschaften des Myons so genau wie nie zuvor zu vermessen. Dazu wird ein Myonenstrahl in einen ringförmigen Magneten geleitet. In diesem kreisen die Myonen, bis sie zerfallen. Dabei lassen sich Rückschlüsse auf ihr sogenanntes anomales magnetisches Moment ziehen.

Im April 2021 veröffentlichte die Myon g-2 Kollaboration erste Resultate, die für großes Aufsehen sorgten. Denn mit dem neuen Ergebnis verdichten sich Hinweise auf neue Physik jenseits des Standardmodells und damit auf die Existenz bisher unbekannter Teilchen oder Kräfte. Nicht nur die weltweite Physikgemeinde ist in Aufruhr. Auch die Schlagzeilen überschlagen sich. Die Neue Zürcher Zeitung etwa schreibt: "Vor zwei Wochen bekam das Standardmodell der Teilchenphysik nasse Füsse. Jetzt steht ihm das Wasser bis zum Hals".

Prof. Dr. Martin Fertl und seine Arbeitsgruppe bei PRISMA+ beschäftigen sich insbesondere mit der extrem präzisen Vermessung des Magnetfelds im Myonen-Speicherring über die gesamte mehrjährige Messzeit. mehr dazu in der Pressemitteilung der JGU

>> Weiterführende Links

  1. Wo steht das Myon g-2 Experiment?
    a. in Italien
    b. in den USA
    c. in der Schweiz

  2. Am myon g-2 Experiment werden Myonen vermessen. Sie sind
    a. 200-mal schwerer als ein Elektron
    b. genauso schwer wie ein Elektron
    c. 200-mal leichter als ein Elektron

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