Forscher rätseln, ob sie am Südpol gerade ein neues Teilchen entdeckt haben

In einem neuen Paper haben Forschende der NASA in der letzten Septemberwoche spektakuläre Messergebnisse veröffentlicht, die auf eine erstaunliche Entdeckung unter dem ewigen Eis der Antarktis hindeuten könnten. Die Forschende vermuten, unter dem Eis erste Hinweise auf ein bisher unbekanntes Elementarteilchen gefunden zu haben. Sollte sich diese Theorie bestätigen, könnte sie eine neue Epoche der Physik einläuten.

Das Experiment, das die nun veröffentlichten Messungen lieferte, begann bereits im Jahr 2006. Damals startete die NASA die Anita-Mission. Die Abkürzung steht für das Messsystem 'Antarctic Impulsive Transient Antenna' und besteht im wesentlichen aus einem Detektor, der an einem Ballon über der Antarktis schwebt. Die Wissenschaftler hofften, auf diese Weise kosmische Strahlung zu beobachten, also hochenergetische Teilchenschauer, die aus dem Weltall auf die Erde prasseln. Tatsächlich zeichneten Anitas Instrumente jedoch Messwerte auf, die sich die Forschenden nicht erklären konnten: Neben kosmischer Strahlung aus dem Weltall entdeckte Anita auch kosmische Strahlung, die nicht vom Himmel, sondern aus dem Boden zu kommen scheint. Bereits im Juni entdeckte die tief im antarktischen Eis versenkten Sensoren des IceCube-Neutrinodetektors Spuren eines Teilchenzerfalls mit extrem hoher Energie, die aus den Tiefen der Erde gekommen sein musste.

Diese Messungen stellen die Forschende vor ein Rätsel. Zwar ist in der Physik schon lange bekannt, dass hochenergetische Teilchen tief in die Erde eindringen können, aber kein Teilchen dürfte in der Lage sein, den Planeten komplett zu durchdringen und quasi aus den Tiefen der Arktis von unten auf den Ballon treffen. Zumindest kein Teilchen, das im sogenannten Standardmodell der Physik vorgesehen ist.

Ein Forschungsteam um den Physiker Derek Fox von der Pennsylvania State University hat nun eine neue Theorie, woher die Teilchen, die aus der Erde schießen, stammen können: Sie könnten der erste Nachweis für ein neues Elementarteilchen sein, das sich mit herkömmlicher Physik nicht erklären lässt. Ihre Forschungsergebnisse haben sie Ende September auf dem Open-Access-Server arXiv veröffentlicht. Die These muss nun allerdings noch von anderen Physikern überprüft und getestet werden.

Das Standardmodell der Physik gilt als das präziseste Modell des physischen Universums: Es beschreibt die Elementarteilchen, physikalischen Gesetze und mit ihm lassen sich die Ergebnisse der meisten Experimente verlässlich vorhersagen. Trotzdem hat das Standardmodell Schwachstellen, denn einige Phänomene lassen sich mit ihm nicht erklären, darunter die Schwerkraft oder die Ausdehnung des Universums.

Darum beschäftigen sich einige Forschende inzwischen mit Theorien, die jenseits des Standardmodells liegen, darunter die String-Theorie und M-Theorie. Aufgrund der englischen Bezeichnung "beyond the Standard Model" werden sie auch als BSM-Theorien bezeichnet.

Eine weitere der BMS-Theorien ist die sogenannte Supersymmetrie. Diese Erweiterung des Standardmodells geht davon aus, dass für jedes bekannte Teilchen ein schwereres Partnerteilchen existiert. Demnach gäbe es Fermione und Sfermione, Quarks und Squarks. Fox und seine Kollegen sind der Meinung, dass die ungewöhnliche kosmische Strahlung, die von Anita aufgezeichnet wurde, den Beweis für ein solches Teilchen liefern könnte.

Sie meinen, dass die gemessene Strahlung von einem sogenannten Stau-Slepton stammen könnte. "Stau ist ein Teilchen, nach dem Physiker suchen, seit der Large Hadron Collider am CERN in Betrieb genommen wurde", sagte Fox gegenüber Motherboard. "Bisher hat aber niemand das Teilchen gefunden."

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Um ihre Theorie zu bestätigen, schauten sich Fox und sein Team außerdem Messungen des Neutrino-Detektors IceCube an, der ebenfalls in der Antarktis steht. Auch hier sollen drei ungewöhnliche Teilchenschauer gemessen worden sein.

Momentan ist die Theorie von Fox und seinen Kollegen jedoch nur eine von mehreren möglichen Interpretationen der ungewöhnlichen Strahlenmessung und ihr Paper wurde bislang keiner Peer-Review unterzogen. Andere Physiker glauben, dass die kosmischen Strahlen aus dem Eis von Dunkler Materie stammen könnten, die im Erdinneren zerfällt. Eine weitere Theorie schlägt vor, dass sich die Strahlung durch sterile Neutrinos erklären lässt, eine weitere Form hypothetischer Elementarteilchen.

Inzwischen werden auch neuere Messwerte aus der jüngsten Anita-Mission ausgewertet. Fox hofft, dass diese Auswertung weitere Hinweise auf die ungewöhnliche Strahlung liefern werden und seine Theorie bestätigt.

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Dieser Artikel ist zuerst auf der englischsprachigen Seite von Motherboard erschienen.