Physiker der University of Washington David Hertzog Ich kann es kaum erwarten herauszufinden, wie Hunderte von Forschern, die an einem geekigen Projekt namens „ Muon g-2-Zusammenarbeit werden reagieren, wenn sie hören, dass jeder von ihnen Tausende von Dollar für diese Arbeit gewonnen hat.
Das Geld stammt aus dem diesjährigen Breakthrough Prize für Grundlagenphysik in Höhe von 3 Millionen US-Dollar, der heute Abend im Rahmen einer Galazeremonie in Los Angeles verliehen wurde. Hertzog und seine Kollegen entschieden, dass der Preis zu gleichen Teilen an alle Autoren aufgeteilt werden sollte, die Forschungsarbeiten im Zusammenhang mit der jahrzehntelangen Reihe von Myon-Experimenten verfasst haben.
„Es gibt Studenten, die in dieser Sache drin und wieder raus waren – zwei Jahre oder weniger“, sagte Hertzog. „Sie werden wegen etwas, das sie vor langer Zeit getan haben und an das sie sich nicht mehr erinnern können, aus ihrem Leben gerissen werden. Sie werden einen Anruf oder eine E-Mail von den Breakthrough-Leuten erhalten und sagen: ‚Was!?‘ Das macht irgendwie Spaß.“
Hertzog sagte, das Geld werde von etwa 400 Forschern geteilt, die an den Muon-g-2-Experimenten im Fermilab in Illinois und am Brookhaven National Laboratory in New York beteiligt waren. Der Preis würdigt auch die Rolle, die das europäische Forschungszentrum CERN bereits seit 1959 spielt. „Es gab einen sehr, sehr alten Mann, der vom Experiment in den 1970er Jahren noch lebte, aber ich glaube, er ist gestorben“, sagte Hertzog.
Obwohl die genaue Rechnung noch nicht geklärt ist, würde die Aufteilung von 3 Millionen US-Dollar auf 400 Personen jedem Empfänger 7.500 US-Dollar einbringen. „Das ist nichts, was man als Student oder junger Postdoktorand herumwerfen muss“, sagte Hertzog.
Ein großer Moment für das Myon
Der in Russland geborene Technologieinvestor Yuri Milner und seine Frau Julia Milner haben 2012 den Breakthrough Prize ins Leben gerufen, um Leistungen in den Bereichen Grundlagenphysik, Mathematik und Biowissenschaften anzuerkennen. Sie wollten auch der öffentlichen Wahrnehmung von Wissenschaftlern etwas Hollywood-Flair verleihen und gingen sogar so weit Breite einen roten Teppich aus für die „Oscars der Wissenschaft“. Der Gastgeber der heutigen Zeremonie war James Corden, und auf der Gästeliste standen Robert Downey Jr., Anne Hathaway, Paris Hilton und Lionel Richie. Bill Gates und seine Freundin Paula Hurd waren ebenfalls anwesend.
Die 3 Millionen Dollar Durchbruchspreis ist die höchstdotierte wissenschaftliche Auszeichnung der Welt und übersteigt den mit etwa 1,2 Millionen US-Dollar dotierten Preis für Nobelpreisträger. Seit der Einführung des Preisprogramms wurden mehr als 344 Millionen US-Dollar ausgezahlt. Frühere Gewinner der University of Washington include physicists Eric Adelberger, Lukasz Fidkowski, Jens Gundlach and Blayne Heckel, plus biochemist David Baker.
Der diesjährige Preis für Grundlagenphysik steht im Zeichen eines langjährigen Bemühens, experimentelle Erkenntnisse mit einer der erfolgreichsten wissenschaftlichen Theorien der Geschichte in Einklang zu bringen: der Standardmodell der Teilchenphysik. Die Theorie legt einen Rahmen für die Klassifizierung und das Verständnis einer Vielzahl subatomarer Teilchen fest – einschließlich des Myons, das dem Elektron ähnelt, aber 207-mal schwerer ist.
Das Standardmodell sagt die verschiedenen Eigenschaften des Myons voraus. Eine dieser Eigenschaften ist die Stärke und Ausrichtung des Magnetfelds des Myons, bekannt als seine magnetisches Moment. Die einfachste Formulierung der Theorie besagt, dass der Wert des magnetischen Moments des Myons, in Gleichungen durch den Buchstaben g dargestellt, gleich 2 ist.
Allerdings sind nur wenige Dinge in der Teilchenphysik so einfach. Experimentelle Tests ergaben einen g-Faktor von etwas mehr als 2, und diese Diskrepanz wurde zum Schwerpunkt der Muon-g-2-Experimente (ausgesprochen „mew-on gee-minus-two“).
Sollte es eine bestätigte Diskrepanz zwischen dem Standardmodell und den experimentellen Ergebnissen geben, könnte das die Tür zu neuer Physik öffnen. Vielleicht waren beispielsweise völlig neue Gruppen subatomarer Teilchen, die von der Theorie nicht vorhergesagt wurden, irgendwie der direkten Beobachtung entgangen. Also bündelten Physiker auf der ganzen Welt ihre Kräfte, um den Wert von g zu bestimmen, entweder um die Lücke zwischen Experiment und Theorie zu schließen oder um neue Grenzen der Physik zu erschließen.
Im Laufe der Jahre haben Physiker am CERN, Brookhaven und Fermilab immer feiner abgestimmte Experimente mit leistungsstarken Magneten durchgeführt. Seitdem ist Hertzog bei der Suche dabei Brookhaven machte mitvor etwa 30 Jahren, und er war 2013 Teil des Teams, als der massive Hauptmagnet des Experiments gebaut wurde zog von Brookhaven nach Fermilab.
Jeder Lauf verringerte die Unsicherheit hinsichtlich des genauen Werts von g. Der krönende Abschluss kam von Fermilabs Version des Experiments im Jahr 2025.
„Wir haben uns das Ziel auf 140 Teile pro Milliarde gesetzt und 127 Teile pro Milliarde erreicht“, sagte Hertzog. „Als wir den Vorschlag schrieben, waren wir so ehrgeizig, wie wir nur kriegen konnten, weil wir die Leute dazu bringen wollten, uns anzunehmen. Dann haben wir einfach alle systematischen Fehler weggeblasen, besser als erwartet. Und dann kamen neue hinzu, was uns ein wenig schwerfiel.“
Gleichzeitig kämpften andere Physiker mit theoretischen Modellen. Sie berücksichtigten die noch so subtilen Auswirkungen von Partikeln, die in das Objekt hinein- und herausspringen Quantenschaum Es wird angenommen, dass dies das Gefüge der Raumzeit im kleinsten Maßstab bildet. Letztes Jahr lieferte eines der Modelle eine Reihe theoretischer Werte für g, die sich mit der Reihe experimenteller Werte der Muon g-2 Collaboration überschnitten.
Das veranlasste einige zu der Behauptung, dass es doch keine Diskrepanz gab. „Ein berühmtes Experiment der Teilchenphysik endete nicht mit einem Knall, sondern mit einem Wimmern.“ Das berichtete das Wissenschaftsmagazin. Aber auch in der Teilchenphysik sind nur wenige Dinge so einfach. Hertzog bestand darauf, dass die Berichte über den Tod des Myonenmysteriums stark übertrieben seien.
„Ich rege einfach die Hände hoch, denn nach mehr als 30 Jahren Arbeit daran ist es ein wenig enttäuschend, dass es nicht klar ist“, sagte er. „Nicht nur die Zahl, die sie empfohlen haben, hat sich verschoben, sondern auch die Gewissheit ihrer Zahl ist viel größer geworden. Die Unsicherheit hinsichtlich der theoretischen Empfehlung ist tatsächlich ziemlich groß. Sie hat sich verschoben, aber sie ist auch ziemlich groß.“
Hertzog sagte, der Breakthrough Prize würdige eine wissenschaftliche Suche, die noch im Gange sei. „Diese Geschichte ist noch nicht zu Ende“, sagte er. „In der Geschichte geht es wirklich um die außergewöhnliche Errungenschaft der Präzision dieser heiklen Messung, die die Natur auf eine so tiefe, tiefe Ebene untersucht.“
Wird es jemals eine endgültige Antwort auf das Myonen-Rätsel geben?
„Wir wissen es noch nicht, aber es ist erkennbar, anstatt sich in eine riesige Wolke der Unklarheit hineinzubegeben“, sagte Hertzog. „Ich denke, wir werden in ein paar Jahren herausfinden, wo das letztendlich landet. … Wer weiß, ob uns das zu einem weiteren Kapitel in diesem Geschäft führen wird. Aber ich bin zuversichtlich, dass wir es wissen werden.“
Eine große Nacht für Durchbrüche
Der Breakthrough Prize der Muon g-2 Collaboration wurde an Hunderte von Forschern aus 31 Institutionen in sieben Ländern verliehen, aber nur vier Teammitglieder wurden ausgewählt, um heute Abend auf der Bühne der Preisverleihung zu stehen. Hertzog wurde von Chris Polly von Fermilab, William Morse von Brookhaven und Lee Roberts von Brookhaven und der Boston University begleitet.
Ein besonderer Lebenspreis für Grundlagenphysik ging an David Gross, einen Theoretiker am Kavli Institute of Theoretical Physics der University of California in Santa Barbara. Gross gewann einen Anteil davon 2004 Nobelpreis für Physik um Lücken im Standardmodell bezüglich der starken Kernkraft zu schließen. In jüngerer Zeit half er beim Schreiben ein bahnbrechender nationaler 40-Jahres-Plan für die Teilchenphysik.
In den Lebenswissenschaften wurden drei Preise vergeben:
Frank Merle vom Institut des Hautes Études Scientifiques in Paris wurde für seine Leistungen mit dem diesjährigen Mathematikpreis ausgezeichnet Durchbrüche bei nichtlinearen Evolutionsgleichungen. Seine Arbeit könnte Auswirkungen von der Luftfahrttechnik und Sicherheit bis hin zur Astrophysik haben.
Hertzog seinerseits will sich nicht auf seinen Lorbeeren ausruhen. Auch wenn die Zusammenarbeit mit Muon g-2 zu Ende geht, ist er dem Team beigetreten ein weiteres Teilchenphysik-Experiment namens PIONEER. Dieses Experiment wird Inkonsistenzen zwischen dem Standardmodell und Beobachtungen des Pionenzerfalls untersuchen. Wie schon bei den Muon-g-2-Experimenten besteht die Chance, dass PIONEER den Weg zu einer Physik jenseits des Standardmodells weisen könnte.
„Das ist eine goldene Gelegenheit an der Börse“, sagte Hertzog. „So sehe ich das.“
Der Website zum Durchbruchspreis hat die vollständige Liste der diesjährigen Preisträgerdarunter die Gewinner der New Horizons-Preise für junge Physikerinnen und Mathematikerinnen, der Maryam Mirzakhani New Frontiers-Preise für Mathematikerinnen und des ersten Vera Rubin New Frontiers-Preises für Physikerinnen. Die aufgezeichnete Preisverleihung wird voraussichtlich am 26. April um 12:00 Uhr PT ausgestrahlt YouTube.
Hertzog und der Physiker Martin Hoferichter von der Universität Bern besprechen die Ergebnisse der Muon-g-2-Experimente in einem Preprint-Artikel mit dem Titel „Der anomale magnetische Moment des Myons: Status und Perspektiven.“
