Myon-Zerfall
Das Myon ist ein schweres Lepton der zweiten Generation – eine Art »dicker Bruder« des Elektrons, 207-mal schwerer. Es zerfällt nahezu ausschließlich in ein Elektron, ein Elektron-Antineutrino und ein Myon-Neutrino. Die mittlere Lebensdauer von 2,2 Mikrosekunden macht es zum am besten vermessenen instabilen Teilchen und zu einem Präzisionswerkzeug für Tests des Standardmodells.
Der Myon-Zerfall ist der reinste Drei-Körper-Zerfall des Standardmodells und läuft über ein virtuelles W⁻-Boson: μ⁻ → e⁻ + ν̄ₑ + νμ. Die Lebensdauer von 2,197 μs ist präzise messbar und einer der am besten bekannten Werte der Teilchenphysik (Unsicherheit < 1 ppm). Die Fermi-Kopplungskonstante G_F wird direkt aus der Myon-Lebensdauer extrahiert – sie ist die präziseste Bestimmung der Stärke der schwachen Wechselwirkung.
Atmosphärische Myonen sind lebende Beweise der speziellen Relativitätstheorie. Sie entstehen in 15 km Höhe mit ~99,9% Lichtgeschwindigkeit und hätten klassisch nur ~660 m bis zum Zerfall. Durch Zeitdilatation (Lorentz-Faktor γ ≈ 30) überleben sie bis zur Erdoberfläche. Im Inertialsystem des Myons: Die 15 km langen Längenkontraktionen auf ~500 m zusammen. Beide Beschreibungen sind äquivalent und beide wurden experimentell bestätigt.
Das Myon-g-2-Experiment am Fermilab misst das anomale magnetische Moment des Myons mit beispielloser Präzision. Das Myon ist 207-mal schwerer als das Elektron und damit sensitiver auf Quantenfluktuationen schwerer Teilchen – auch hypothetischer jenseits des Standardmodells. Das 2021 verkündete Ergebnis zeigt eine 4,2-Sigma-Abweichung vom Standardmodell-Vorhersage. Die Spannung mit neuen theoretischen Gitterrechnungen ist Gegenstand intensiver Diskussion. Wenn die Abweichung sich bestätigt, wäre es der erste direkte Hinweis auf Physik jenseits des Standardmodells.