LHC: Hinweis auf unbekanntes Teilchen?

Bild: LHC Genf
Spannende Diskrepanz: Eine Anomalie bei Protonenkollisionen im Large Hadron Collider (LHC) könnte auf ein noch unbekanntes Teilchen hindeuten. Bei Zerfällen des sogenannten B-Mesons wurden deutlich mehr Elektronen als Myonen erzeugt – nach dem Standardmodell müssten beide jedoch gleich häufig sein. Noch reicht die Signifikanz für eine Entdeckung nicht aus, die Anomalie passt aber zu weiteren, früher schon festgestellten Abweichungen.

scinexx

Von den energiereichen Kollisionen im Teilchenbeschleuniger LHC erhoffen sich die Physiker Antworten auf offene Fragen zum Standardmodell – und möglicherweise die Entdeckung noch unbekannter Teilchen. Tatsächlich gab es seit der Entdeckung des Higgs-Bosons Abweichungen bei den Teilchenzerfällen, die auf ein schweres, noch unbekanntes Boson hinzudeuten schienen. Und auch beim Zerfall der sogenannten B-Mesonen im Detektor LHCb wurden schon mehrfach Anomalien registriert.

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Doppelt exotische Atome

Bild: LHC Genf
Bild: LHC Genf
CERN-Forscher haben Atome erzeugt, in denen weder Protonen noch Elektronen umeinanderkreisen. Das soll die Eigenschaften von Atomkernen verstehen helfen.

Von Dirk Eidemüller | Spektrum.de

Bei normalen Atomen umkreist ein Elektron einen Atomkern, der seinerseits aus Protonen und Neutronen besteht. Bei exotischen Atomen hingegen ist das Elektron durch ein anderes Teilchen ausgetauscht. Ersetzt man etwa bei Wasserstoff das Elektron durch sein schweres Schwesterteilchen, das Myon, so entsteht „myonischer Wasserstoff“. Mit solchen exotischen Atomen, die aber allesamt sehr kurzlebig sind, lassen sich etwa die Durchmesser von Wasserstoffkernen besser bestimmen als mit gewöhnlichen Atomen.Eine Besonderheit stellen doppelt exotische Atome dar: Bei ihnen ist nicht nur das Elektron, sondern auch der Atomkern durch ein anderes Teilchen ersetzt. Solche doppelt exotischen Atome sind zwar schwer herzustellen und nachzuweisen und noch dazu äußerst kurzlebig. Trotzdem stehen sie schon lange auf der Wunschliste einiger Forscher. Denn sie erlauben die Messung physikalischer Eigenschaften, die man aus der Theorie nicht mathematisch ableiten kann. Die Theorie, die die Kräfte von Kernmaterie beschreibt, besitzt nämlich eine entscheidende Schwierigkeit, die andere physikalische Theorien nicht aufweisen: Bei niedrigen Energien führt sie zu unendlich vielen Termen, die keinen klar bestimmbaren Wert ergeben. Nur Messungen können den Wissenschaftlern Aufschluss darüber geben, wie sich Kernmaterie unter solchen Bedingungen verhält.

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Japanischer Teilchenbeschleuniger: Präzision statt Power

Bild: LHC Genf
Bild: LHC Genf
Der LHC am CERN in Genf ist der Star der Teilchenforschung. Mit ihm wurde 2012 das Higgs-Teilchen entdeckt, aber darüber hinaus bislang nichts. Nun hat er Konkurrenz bekommen: der japanische SuperKEKB. Er ist kleiner, kostengünstiger und schießt statt Wasserstoffkerne Elektronen und ihre Antiteilchen aufeinander.

Von Frank Grotelüschen | Deutschlandfunk

Drei Kilometer statt 27. 650 Physiker statt 6.000. Eine halbe Milliarde Euro statt fünf Milliarden. In einem Teilchenphysik-Quartett würde der neue japanische Beschleuniger SuperKEKB glatt den Kürzeren ziehen gegenüber dem Rekordhalter, dem LHC. Allerdings tritt der Japaner in einer anderen Disziplin an als der Riese aus Genf: Statt Wasserstoffkerne schießt er Elektronen und ihre Antiteilchen aufeinander. Die sind deutlich leichter und kleiner – weshalb auch der Beschleuniger eine Nummer kleiner ausfallen darf, sagt Tom Browder, Physiker an der Universität Hawaii und einer der 650 beteiligten Forscher.

„Wir feuern Elektronen auf Positronen, so heißen die Antiteilchen der Elektronen. Dabei entstehen Teilchen, die aus sogenannten b-Quarks bestehen. Und diese exotischen, kurzlebigen Teilchen wollen wir mit einem Detektor unter die Lupe nehmen: Wir wollen extrem genau herausfinden, wie sie zerfallen und welche Eigenschaften sie besitzen.“

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Die Wellen der Neutronensterne

Bilder aus einem Film, der die Annäherung und Verschmelzung zweier Neutronensterne illustriert. Quelle: FOTOS: NASA
Seit Februar weiß die Welt, dass es die von Albert Einstein postulierten Gravitationswellen wirklich gibt. Aber neue Gravitationswellen wurden bislang nicht nachgewiesen. Forscher wie die in Golm arbeitende Tanja Hinderer arbeiten an Modellen von Gravitationswellen, die von sich umkreisenden Neutronensternen erzeugt werden.

Von Rüdiger Braun | Märkische Allgemeine

Lange nichts mehr gehört von neuen Gravitationswellen. Seit der sensationellen Verkündigung eines direkten Nachweises der von Albert Einstein postulierten winzigen Krümmungen im Raum-Zeit-Gefüge am 11. Februar dieses Jahres, ist es still geworden um die beiden Ligo-Detektoren in den Vereinigten Staaten. Kein Wunder: Die Messinstrumente sind seit Mitte Januar dieses Jahres abgeschaltet und werden für eine neue Messkampagne vorbereitet, indem man sie noch sensibler macht. Immerhin: Die bis dahin aufgefangenen Daten werden noch ausgewertet und zur Zeit diskutieren die Wissenschaftler darüber, ob sich unter den vielen Signalen nicht zumindest ein weiteres echtes Gravitationswellensignal verbirgt.

Wissenschaftler wie die Physikerin Tanja Hinderer, eigentlich Forscherin an der Universität von Maryland, seit längerer Zeit aber schon als Gast am Golmer Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik tätig, nutzen die detektorfreie Zeit, um die Beobachter mit neuen Modellen auszurüsten. So könnte eine künftige Generation von Detektoren noch viel mehr Entdeckungen machen. Mehrere Teams am Institut, zu denen auch Hinderer gehört, entwickeln derzeit ein genaues Modell für den Nachweis und die Analyse von Gravitationswellen, die einander umkreisende und schließlich verschmelzende Neutronensterne erzeugen würden.

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Katholikin gefeuert, weil sie keine Scientology-Videos gucken wollte

Scientology in Los Angeles (Bild: PictorialEvidence, CC-BY-Sa 3.0)
Scientology in Los Angeles (Bild: PictorialEvidence, CC-BY-Sa 3.0)
In Las Vegas ist eine Frau entlassen worden, weil sie sich weigerte, Werbevideos der umstrittenen Scientology-Kirche zu gucken. Die Katholikin klagt gegen den republikanischen Firmenboss.

SpON

Grecia Echevarria-Hernandez war froh, als sie einen Job beim Trinkwasserabfüller „Real Alkalized Water“ in Las Vegas fand. Dort sollte sie als „Markenbotschafterin“ tätig sein. Die Firma verkauft Trinkwasser, das „mit Elektronen versetzt“ wurde, um „das körperliche Gleichgewicht wieder herzustellen“ und damit der Konsument sein „volles Potential erreichen kann“.

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Neuer Zustand der Materie nachgewiesen

Der Quantenzustand der Spinflüssigkeit tritt der Theorie nach bei Materialien auf, die eine bienenwabenähnliche Struktur besitzen. © Genevieve Martin/ Oak Ridge National Laboratory
Seit 40 Jahren postuliert, jetzt endlich nachgewiesen: Forscher haben erstmals den Materiezustand der Quanten-Spinflüssigkeit in einem realen Material beobachtet. In diesem Zustand scheinen Elektronen in Quasiteilchen zu zerfallen, die sogenannten Majorana-Fermionen. Mit Rutheniumchlorid haben die Physiker nun ein Material gefunden, das bei bestimmten Temperaturen zu einer solchen Spinflüssigkeit wird, wie sie im Fachmagazin „Nature Materials“ berichten.

scinexx

Nach gängiger Vorstellung sind Elektronen Elementarteilchen und damit unteilbar – eigentlich. Doch im Reich der Quantenphysik gelten andere Regeln. Sie ermöglichen Materiezustände, die in der makroskopischen Welt unmöglich wären. Zu diesen gehört die bereits vor gut 40 Jahren vom US-Physiker Phil Anderson vorhergesagte Quanten-Spinflüssigkeit. Dieser mysteriöse Materiezustand tritt unter bestimmten Bedingungen bei magnetischen Festkörpern auf.

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Die seltsame Welt der Quanten

Image: Petit Computer Wiki
Image: Petit Computer Wiki
Forscher haben zweifelsfrei nachgewiesen, dass die Quantenphysik (und damit unsere Welt im Ganzen) auf der Anschauung widersprechenden Grundlagen ruht

Von Matthias Matting|TELEPOLIS

Alltagserfahrungen helfen uns in den meisten Fällen weiter. Wenn Sie etwa einen Kuchen backen, wissen sie von vornherein, dass er Nüsse enthalten wird, denn Sie selbst haben die Nüsse in die Rührschüssel fallen lassen. Fehlen die Nüsse hingegen, können Sie sicher sein, dass Ihnen jemand einen Streich gespielt und vielleicht den Kuchen ausgetauscht hat – oder Sie sind womöglich etwas vergesslich.

Der Alltag ist real: Wenn Physiker das sagen, meinen sie, dass die Ergebnisse eines Experiments schon vorab im Gesamtsystem stecken und nicht etwa erst durch die Messung (das Aufschneiden des Kuchens) hergestellt werden.

Aber die Welt, wie Sie sie betrachten können, ist auch lokal. Ereignisse finden an einem ganz bestimmten Ort statt. Wer sich anderswo befindet, erfährt maximal mit Lichtgeschwindigkeit davon. Darum ist es beinahe unmöglich, einen Mars-Rover fernzusteuern: Das Licht braucht so lange, dass er längst in eine Spalte gestürzt ist, wenn ein Erdling das Hindernis bemerkt. Dass die Milch auf dem Herd überkocht, merken Sie nur deshalb scheinbar sofort, weil sie direkt daneben stehen. Aber sie können auch ziemlich sicher sein, dass dieselbe Milch im Kühlschrank kalt bleibt, obwohl der Topf auf dem Herd gerade 100 Grad erreicht.

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Exotisches Fermion nach 85 Jahren entdeckt

Durch Bestrahlung eines Tantal-Arsenid-Kristalls haben Physiker die lange gesuchten Weyl-Fermionen erzeugt – sichtbar an den Knoten und Bögen. © Su-Yang Xu und Zahid Hasan/ Princeton University
Nach 85 Jahren endlich entdeckt: Physiker könnten erstmals das exotische masselose Weyl-Fermion nachgewiesen haben – nicht in einem Teilchenbeschleuniger, sondern in einem speziellen Kristall. Diese bereits 1929 vorhergesagten Partikel verhalten sich wie masselose Elektronen und könnten daher zu schnelleren und effizienteren Elektronikanwendungen und Computern führen, so die Forscher im Fachmagazin „Science“.


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Die Elementarteilchen Elektronen und Quarks gehören zu den Fermionen mit einem halbzahligen Spin. Ihr Verhalten und ihre Entstehung wird durch die sogenannte Dirac-Gleichung beschrieben, von der man zunächst annahm, dass sie nur für Teilchen mit einer Masse zutrifft. Doch der Mathematiker und Physiker Hermann Weyl kam 1929 zu einer anderen Lösung dieser Gleichung: Er postulierte, dass es auch ein masseloses Teilchen geben musste, dass die nötigen Eigenschaften besitzt.

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„Planck“ und ein fast perfektes Universum

Die Unregelmäßigkeiten der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung (CMB), wie sie mit… mehr © ESA und Planck Collaboration

Die erste vollständige Himmelskarte der Mikrowellenhintergrundstrahlung bestätigt das Standardmodell der Kosmologie eindrucksvoll und legt dessen Parameter nun sehr genau fest. Gleichzeitig finden die Wissenschaftler der Planck-Kollaboration aber auch signifikante Anomalien. Diese deuten möglicherweise darauf hin, dass einige Aspekte des Standardmodells noch nicht verstanden sind.

Max-Planck-Gesellschaft

Die Daten für die nun veröffentlichte Himmelskarte wurden während der ersten fünfzehneinhalb Monate der Planck-Mission gewonnen. Das Weltraumteleskop der europäischen Raumfahrtagentur ESA zeigt das älteste Licht im Universum. Dieses ging auf die Reise, als das All erst 380.000 Jahre alt war und nach dem Urknall zum ersten Mal durchsichtig wurde.

Damals kühlte die heiße Ursuppe aus Protonen, Elektronen und Photonen langsam ab. Neutrale Wasserstoffatome bildeten sich. Das Licht hatte freie Bahn und erlaubt es uns heute, ein Bild des Babyuniversums zu machen. Als sich der Kosmos weiter ausdehnte und abkühlte, wurde diese Strahlung zu längeren Wellenlängen hin verschoben, sodass wir sie heute als kosmischen Mikrowellenhintergrund (CMB von englisch Cosmic Microwave Background) bei einer Temperatur von etwa 2,7 Kelvin, entsprechend minus 270 Grad Celsius, empfangen.

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Warum das „Gottesteilchen“ „Gottesteilchen“ heißt

Wenn Protonen aufeinanderprallen, entstehen Elektronen (grün und rot) und vielleicht auch irgendwann die Spuren eines Higgs-Bosons, dem "Gottesteilchen" Foto: CERN

Im Europäischen Kernforschungsinstitut in Genf (CERN) suchen Forscher nach einem Elementarteilchen, welches eventuell der letzte Puzzlestein im Weltbild der Physik sein könnte. Warum die Medien immer wieder vom „Gottesteilchen“ sprechen, erläutern in der „Jüdischen Allgemeinen“ ein israelischer Physikprofessor sowie der Erfinder des Namens.

pro Medienmagazin

In den Schlagzeilen ist immer wieder von einem „Gottesteilchen“ die Rede, wenn es um die Forschungsarbeiten des „Large Hadron Colliders“ (LHC) geht. Mit der teuersten und kompliziertesten wissenschaftlichen Anlage aller Zeiten haben sich die Wissenschaftler auf der Suche nach nichts Geringerem als dem „größten Rätsel der Physik“ gemacht. Dies schreibt Nathan Aviezer, Physikprofessor der Bar-Ilan-Universität in Israel. Er ist unter anderem Autor des Buches „Am Anfang. Schöpfungsgeschichte und Wissenschaft“.

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Bröckelt Einsteins Relativitätstheorie?

Quelle: lbl.gov, Neutrinos

Sensationelles Experiment: Physiker messen Neutrinos, die sich mit Überlichtgeschwindigkeit bewegen

ND

Die Geschichte der 1905 von Albert Einstein begründeten speziellen Relativitätstheorie ist auch eine Geschichte ihrer gescheiterten Widerlegungen. Die erste stammt von dem deutschen Physiker Walter Kaufmann, der bereits 1905/06 die »Massenveränderlichkeit rascher Elektronen« im Experiment überprüfte und dabei ein für Einstein ungünstiges Resultat erhielt. Andere Messungen sprachen hingegen für die Relativitätstheorie. Die Lage blieb jedoch lange verworren, da all diese Experimente, wie sich 1938 herausstellte, nicht präzise genug waren, um die von Einstein abgeleitete Geschwindigkeitsabhängigkeit der Masse zu verifizieren. Das gelang erst 1940 einem Physikerteam in den USA.

Seit einigen Tagen nun wankt Einsteins Thron erneut. Oder besser gesagt die Relativitätstheorie, die natürlich wie jede Theorie zu korrigieren wäre, sollten neue Experimente dies verlangen. Und ein Wissenschaftler wie Einstein hätte sich darüber vermutlich als Letzter beschwert. Im Gegenteil. Er begrüßte allen Fortschritt in der menschlichen Erkenntnis, zu dem er selbst maßgeblich beigetragen hatte. Will sagen: Was immer die Naturforschung künftig auch erbringen mag, Einsteins Rolle als Jahrhundertgenie der Physik bleibt davon unberührt.

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