Myonen

Myonen (auch Müonen geschrieben) sind geladene Leptonen der zweiten Generation im Standardmodell der Teilchenphysik. Sie wurden 1936 von Carl Anderson und Seth Neddermeyer in der kosmischen Höhenstrahlung entdeckt und zunächst fälschlich für das von Yukawa vorhergesagte Austauschteilchen der Kernkraft gehalten. Erst später stellte sich heraus, dass Myonen Leptonen sind und mit der Kernkraft nichts zu tun haben. Der Physiker I. I. Rabi kommentierte die unerwartete Entdeckung angeblich mit den Worten: Who ordered that?

Myonen besitzen dieselbe elektrische Ladung wie Elektronen, sind aber etwa 207-mal schwerer. Sie sind instabil und zerfallen mit einer mittleren Lebensdauer von 2,2 Mikrosekunden in ein Elektron und zwei Neutrinos. Trotz dieser kurzen Lebensdauer erreichen Myonen aus der kosmischen Höhenstrahlung die Erdoberfläche, weil die Zeitdilatation der speziellen Relativitätstheorie ihre Lebensdauer aus unserer Perspektive verlängert. Dieser Effekt ist eines der anschaulichsten Beispiele für Einsteins Relativitätstheorie im Alltag.

Aktuell sorgen Myonen für Aufregung in der Teilchenphysik: Das Muon g-2 Experiment am Fermilab misst das magnetische Moment des Myons mit extremer Präzision. Die bisherigen Ergebnisse weichen vom Standardmodell ab, was auf bisher unbekannte Teilchen oder Kräfte hindeuten könnte. Die Diskussion darüber ist noch nicht abgeschlossen und gehört zu den spannendsten offenen Fragen der Physik.

In der Science-Fiction tauchen Myonen selten einzeln auf, spielen aber in Hard-SF-Romanen über Teilchenphysik eine Rolle. Robert Wilsons Spin nutzt relativistische Effekte als zentrales Handlungselement.

Das Muon g-2 Experiment am Fermilab ist seit 2021 in aller Munde. Es misst das anomale magnetische Moment des Myons, eine Abweichung vom theoretischen Vorhersagewert des Standardmodells, mit bisher unerreichter Präzision. Die 2021 veröffentlichten Ergebnisse bestätigten eine Abweichung von etwa 4,2 Sigma, knapp unterhalb der goldenen Grenze von 5 Sigma, die in der Physik als Entdeckung gilt. 2023 folgten genauere Werte. Die Ergebnisse deuten auf neue Physik hin: unbekannte Teilchen oder Felder, die mit dem Myon interagieren und das Standardmodell ergänzen oder ersetzen würden.

Für Science Fiction ist die Myon-Anomalie bedeutsam, weil sie ein mögliches Fenster in Physik jenseits des bekannten Modells darstellt. Wenn das anomale magnetische Moment durch ein bisher unbekanntes Teilchen erklärt wird, öffnet das einen vollständig neuen Bereich möglicher Physik. Supersymmetrie, Leptoquarks oder ein neues Boson sind mögliche Erklärungen. Jede davon würde die Grundlage für neue Science-Fiction schaffen: Technologien, die auf unbekannter Teilchenphysik beruhen, sind das Substrat der Hard-SF-Spekulation.