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Die Physiker stehen vor einem Rätsel. Es gibt widersprüchliche Messergebnisse für den Radius des Protons, einem wichtigen Baustein der Materie. Aus Protonen und Neutronen sind schließlich alle Atomkerne zusammengesetzt. Ein einzelnes Proton ist der Kern eines Wasserstoffatoms. Protonen sind geladene Teilchen und bestehen nach heutigem Verständnis aus je drei Quarks. Protonen sind – im Gegensatz zu den punktförmigen Elektronen – ausgedehnte Teilchen, denen man einen gewissen Radius zuschreiben kann. Es gibt verschiedene Methoden, diesen Ladungsradius eines Protons zu bestimmen. Zum einen kann man negativ geladene Elektronen an einem Wasserstoffgas und damit an Protonen streuen. Aus der Ablenkung der Elektronen lässt sich auf den wirksamen Radius der Protonen schließen. Derartige Versuche ergeben einen Radius von 0,878 Femtometer, das ist ein Milliardstel eines Millionstel Meters. Eine andere Methode nutzt die Laserspektroskopie an myonischem Wasserstoff. Dabei handelt es sich um Atome, bei denen ein Proton von einem Myon umrundet wird – statt einem Elektron, wie bei normalem Wasserstoff. Die elektrische Wechselwirkung zwischen dem Proton und dem Myon führt zu Verschiebungen der atomaren Energieniveaus, die sich mithilfe von Laserlicht messen lassen. In der jüngsten Ausgabe von „Science“ berichten Forscher des Paul Scherrer Instituts in der Schweiz von Experimenten, aus denen sich ein deutlich kleinerer Protonenradius von 0,84009 Femtometer ergibt. Der Unterschied von vier Prozent zwischen den zwei Messverfahren mag klein erscheinen. Doch angesichts der sehr hohen Genauigkeit beider Methoden muss man hier einen Widerspruch attestieren. Die Differenz ist fünf Mal größer als die Unsicherheit der Messungen. Die Wahrscheinlichkeit, dass es sich hier nur um einen dummen Zufall handelt, ist kleiner als ein Millionstel.

Die Forscher schließen daraus, dass also entweder die Natur des Protons oder die physikalischen Prozesse bei den Messungen nicht verstanden sind. So spekulieren sie nun, ob sie vielleicht an dieser Stelle einem Fehler im Standardmodell der Physik auf der Spur sind, oder ob das Proton möglicherweise eine viel komplexere innere Struktur besitzt, als bislang angenommen. So oder so verheißt dieser Widerspruch interessante neue Physik.