Physik Das Proton ist unerklärlich klein

Von amd 

Schon zum zweiten Mal ergibt ein Experiment, dass das Proton kleiner ist, als es in den Lehrbüchern steht. Müssen die Theorien nun revidiert werden? Lieber prüft man den Versuch noch ein drittes Mal, sagt Thomas Graf von der Universität Stuttgart.

Blick in den Versuchsaufbau am Paul-Scherrer-Institut in der Schweiz mit dem grünen Laser, den Physiker der Universität Stuttgart beigesteuert haben Foto: PSI/Antognini, Reiser
Blick in den Versuchsaufbau am Paul-Scherrer-Institut in der Schweiz mit dem grünen Laser, den Physiker der Universität Stuttgart beigesteuert habenFoto: PSI/Antognini, Reiser

Stuttgart - Nach ein paar Milliardstelsekunden ist das Experiment vorbei. In dieser kurzen Zeit wird das kleine, negativ geladene Elektron verdrängt, das um das positiv geladene Proton kreist. An seine Stelle tritt das viel größere Myon, das wegen seiner Masse dem Proton näher kommt als das Elektron. Die Messapparatur löst daraufhin den grünen Scheibenlaser aus, der schon im Simmerbetrieb gehalten wurde, um möglichst schnell loszuschießen. Mit dem Laserstrahl messen die Physiker eine Eigenschaft des Myons, das kurz darauf zerfällt. Den ganzen Aufwand betreiben sie, um später berechnen zu können, wie groß das Proton ist. Das dauere dann Monate, sagt Thomas Graf von der Universität Stuttgart. Es werden sehr viele Signale gemessen, und man muss viel ­Statistik betreiben, um die richtigen heraus­zufiltern. Das Ende vom Lied ist die Andeutung einer Revolution: Das Proton ist eine Winzigkeit kleiner, als es im Lehrbuch steht – 0,000000000000000036 Meter kleiner.

Möglicherweise sei das Standardmodell der Physik falsch, sagt Graf, „das wäre erschreckend“. Schließlich handelt es sich um ein elaboriertes und gut bestätigtes Theoriegebäude. Das Experiment, das nun im Wissenschaftsmagazin „Science“ erscheint, ist aber bereits das zweite mit diesem Ergebnis. Vor zwei Jahren war Graf schon einmal dabei, als es hieß: das Proton ist kleiner, als die Theorie erlaubt. Im zweiten Versuch habe man neue Methoden angewendet, und das Ergebnis sei statistisch betrachtet noch zuverlässiger als das erste, sagt Graf. „Die größte Gefahr ist aber, dass wir einen systematischen Fehler haben.“ Wenn die Statistik korrekt ist, kann die Messung immer noch falsch sein. Im Herbst ist daher ein dritter Versuch geplant. Dafür wird Graf den Laser, eine Spezialanfertigung für das Experiment, umrüsten auf sechsmal stärkere Laserpulse. Und er hofft, ihn noch stabiler laufen lassen zu können. „Beim letzten Mal war es eine Zitterpartie, ob er durchhält.“

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