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08.01.2012

09:24 Uhr

Forschungsjahr 2012

Zwischen Überlichtgeschwindigkeit und Antimaterie

Welche Mysterien des Universums kann die Physik im Jahr 2012 enträtseln? Ein heißer Kandidat auf Entdeckung ist das Gottesteilchen, aber auch Überlichtgeschwindigkeit und Antimaterie werden die Forscher auf Trab halten.

Der britische Physiker Peter Higgs im Ringbeschleuniger LHC (Large Hadron Collider) des Europäischen Kernforschungszentrums (CERN) in Genf. dpa

Der britische Physiker Peter Higgs im Ringbeschleuniger LHC (Large Hadron Collider) des Europäischen Kernforschungszentrums (CERN) in Genf.

Genf/ChicagoÜberlichtgeschwindigkeit, eine geheimnisvolle fünfte Kraft und die erstaunliche Asymmetrie der Antimaterie - gleich mehrere physikalische Rätsel harren im kommenden Jahr ihrer Lösung. Ganz oben auf der Fahndungsliste der Physiker steht das Higgs-Teilchen, der Schlussstein des erfolgreichen Standardmodells vom Aufbau der Materie. Erste Hinweise auf seine Existenz sind zwar gefunden, sichere Ergebnisse soll es aber erst 2012 geben. Bleibt es doch verschwunden, soll durch die klaffende Lücke im Standardmodell eine neue Physik sichtbar werden.

Physiker haben 2011 gleich mehrmals Fachwelt und Öffentlichkeit verblüfft. Die größten Wellen schlug die Messung scheinbar überlichtschneller Elementarteilchen. Haben Neutrinos tatsächlich die oberste Geschwindigkeitsbeschränkung aus Albert Einsteins Relativitätstheorie durchbrochen? Nach den im September veröffentlichten Messungen des OPERA-Experiments sind die geisterhaften Teilchen im Mittel 60 milliardstel Sekunden (60 Nanosekunden) zu schnell die rund 700 Kilometer lange Strecke von ihrer Quelle in Genf bis zu den Nachweisgeräten in den italienischen Abruzzen geflogen.

Nicht viele Forscher glauben daran, dass Einstein sich geirrt hat. Zwar hat ein zweiter OPERA-Versuch die ursprünglichen Analysen im November bestätigt. Fast zeitgleich kamen die OPERA-Labornachbarn von ICARUS jedoch zu dem Schluss, dass ihre Daten überlichtschnelle Neutrinos ausschließen. Denn die müssten auf dem Weg ihre meiste Energie verlieren, wie das Team in einem Fachaufsatz argumentiert. Das sei nach den ICARUS-Messungen jedoch nicht der Fall.

Klarheit könnte im kommenden Jahr das MINOS-Experiment in den USA bringen: Es wird gerade umgebaut und könnte die OPERA-Messungen anschließend in vier bis sechs Monaten widerlegen, wie Sprecherin Jenny Thomas dem Magazin „Physics World“ sagte. Eine mögliche Bestätigung würde hingegen deutlich länger dauern.

Ähnlich viel Aufsehen erregten die Anzeichen einer bislang unentdeckten, fünften Naturkraft am US-Teilchenbeschleunigerzentrum Fermilab bei Chicago. Einer der gigantischen Teilchendetektoren am Beschleuniger Tevatron, CDF, hatte Hinweise auf ein unbekanntes Elementarteilchen gefunden, das auf eine bislang hypothetische Kraft namens Technicolor deutet. Diese Kraft wäre eine Variante der Kernkraft und könnte auch die bislang in der Physik ungelöste Frage beantworten, wie Materie zu ihrer Masse kommt. Das Higgs-Teilchen, das Physiker seit fast einem halben Jahrhundert intensiv suchen, wäre damit überflüssig.

Kommentare (1)

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Waldi

08.08.2013, 11:09 Uhr

Die Antimaterie ist nicht verschwunden

Allgemein wird davon ausgegangen, dass ein Proton aus zwei Up-Quarks und einem Down-Quark besteht. Tatsächlich ist dieses Down-Quark ein Schein-Down-Quark, welches die gleiche elektrische Ladung wie das Down-Quark aufweist und auf untergeordneten Ebenen die Gegenmaterie enthält.

Ein Neutron soll aus einem Up-Quark und zwei Down-Quarks bestehen. Tatsächlich besitzt das Neutron ein Up-Quark und ein klassisches Down-Quark. Das zweite angebliche Down-Quark ist gleichfalls nur ein Schein-Down-Quark, welches die Gegenmaterie enthält.

D. h.: Zu jedem Materieteilchen im Universum existiert ein dazugehöriges Antimaterieteilchen. Es hat somit nie eine Symmetriebrechung stattgefunden (die den Überschuss an Materie erklärt). Es hat auch nie eine teilweise oder maximale Paritätsverletzung gegeben.

Bekannt ist, dass ein Down-Quark aus einem Up-Quark, einem Elektron und einem Elektron-Antineutrino (plus Energie) besteht. Dies weiß man, weil sich beim Zerfall eines Neutrons ein Proton, ein Elektron und ein Elektron-Antineutrino ergeben:
(u+ d- 'd-') = (u+ u+ 'd-') + e- + e-a-n + E

Dieses Elektron-Antineutrino e-a-n stellt Antimaterie dar. Und niemand wundert sich, woher diese Antimaterie stammt. Das Neutron besteht angeblich aus zwei Down-Quarks. Und niemand wundert sich, warum nur eines der 'beiden' Down-Quarks in ein Up-Quark, in ein Elektron und in ein Elektron-Antineutrino zerfällt. Noch nie wurde beobachtet, dass beide angeblichen Down-Quarks zerfallen.

Es wird immer behauptet, dass ein Neutron ein Materieteilchen ist. Wenn das freie Neutron nach rund 886 Sekunden in seine Bestandteile zerfällt, wobei eines dieser Bestandteile ein Elektron-Antineutrino ist, dann kann ein Neutron keine klassische Materie sein. Die einzigen klassischen Materieteilchen sind das Up-Quark, das Elektron und das Elektron-Neutrino, weil sie die unterste Stufe darstellen. Die übrigen so genannten Materieteilchen haben bestenfalls eine Art 'äußere Ers

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