Die mittlere Lebensdauer des Myons – eines schwereren Verwandten des Elektrons – wurde so genau gemessen wie nie zuvor. Das hilft den Physikern, eine der Grundkräfte (noch) besser kennenzulernen.
Wer hat denn das bestellt?“ Mit diesem eher unfreundlichen Ausruf begrüßte der Teilchenphysiker (und spätere Nobelpreisträger) Isidor Isaac Rabi das Myon. Tatsächlich: Dieses 1936 bei der Untersuchung kosmischer Strahlung entdeckte Elementarteilchen – daran beteiligt war der österreichische Nobelpreisträger Victor Franz Hess – war für die damalige Teilchenphysik ein Störenfried: ein Teilchen, das dieselben Eigenschaften wie das Elektron hat, aber 207-mal so schwer ist, das hat keine Theorie vorausgesagt!
Inzwischen haben die Physiker damit zu leben gelernt, dass Elementarteilchen schwerere Verwandte haben. Und zwar jeweils zwei: So gibt es zum Elektron nicht nur das Myon, sondern auch das (1975 entdeckte) Tauon, das 3478-mal so schwer ist wie das Elektron. Überhaupt: Jedes der Elementarteilchen, aus denen die Materie aufgebaut ist, kommt in drei „Generationen“ mit unterschiedlichen Massen vor. Immer, wenn ein Physiker, egal, ob ein theoretischer oder ein experimenteller, daherkommt und erzählt, dass er Hinweise auf ein Teilchen vierter Generation hat, sorgt er für große Unruhe in der Community: Denn ein solches Teilchen würde das „Standardmodell der Teilchenphysik“ sprengen. Möglich ist es. Denn niemand kann schlüssig erklären, warum es genau drei Generationen gibt. Und schon gar nicht kann man erklären, warum all diese Teilchen genau die Masse haben, die sie haben.
Noch eines unterscheidet die jeweils drei Teilchen, die zu einer „Familie“ gehören, voneinander: ihre Lebensdauer. Und zwar beträchtlich. Das Elektron etwa hat, wenn es nicht überhaupt „ewig“ lebt, eine mittlere Lebensdauer von mindestens 1024Jahren (das ist viel, viel mehr als das bisherige Alter des Universums). Das Myon existiert durchschnittlich nur zwei Millionstel Sekunden, das Tauon gar nur 0,3 Billionstel Sekunden.
Für die Teilchenphysik ist es wichtig, die mittlere Lebensdauer der Teilchen möglichst genau zu kennen. Denn wie lange es braucht, um zu zerfallen, lässt direkte Schlüsse auf die Kraft zu, die den Zerfall regiert: die schwache Kraft. Diese Kraft ist eine von vier grundlegenden Wechselwirkungen, die anderen drei sind: die starke Kraft (die die Quarks in den Atomkernen zusammenhält), die elektromagnetische Kraft und die Gravitation.
So ist es ein großer Erfolg, dass ein internationales Forscherteam am Paul-Scherrer-Institut in Villigen (Schweiz) nun die mittlere Lebensdauer des Myons auf zwei Billionstel Sekunden genau bestimmt hat: auf 2,1969803 Millionstel Sekunden.
("Die Presse", Print-Ausgabe, 30.01.2011)