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vergrößern 800x443Ein Protonenstrahl (links) erzeugt im LHCb-Detektor ein Bs-Meson, das in zwei Myonen zerfällt (violette Linien). Das Ereignis passt gut zu den Vorhersagen des Standardmodells.
Genf - Die Teilchen, die mit dem Large Hadron Collider (LHC) am Teilchenforschungsinstitut CERN entstehen, existieren in der Regel nur für äußerst kurze Zeit, ehe sie wieder zerfallen. Dabei stehen den Teilchen viele Zerfallsmöglichkeiten offen, von denen einige nur äußerst selten beobachtet werden. CERN-Physiker haben nun den extrem seltenen Zerfall von Bs-Mesonen in zwei Myonen beobachtet - ein Ereignis, das bei einer Milliarde Zerfallsprozessen nur drei Mal vorkommen sollte. Die Resultate stützen das Standardmodell der Physiker und enttäuschen Anhänger der Supersymmetrie.
Am "Hadron Collider Physics Symposium" in Kyoto haben die CERN-Forscher am Montag Daten vorgestellt, die mit einer Sicherheit von mehr als 99,9 Prozent auf den Zerfall eines Bs-Mesons schließen lassen. Mesonen sind instabile Teilchen, aufgebaut aus einem Quark- Antiquark-Paar.
Der Zerfall des Bs-Mesons in zwei Myonen lässt sich im Standardmodell der Teilchenphysiker exakt vorhersagen. "Diese ersten Messungen ergeben einen Wert von 3,2 pro Milliarde, was in sehr guter Übereinstimmung mit der Vorhersage ist", sagte Pierluigi Campana, der Sprecher der LHCb-Kollaboration, in einer Mitteilung des CERN.
Gesundheitstest für das Standardmodell
"Die Messungen waren eine Art Gesundheitstest für das Standardmodell und dieses scheint heute erheblich gesünder zu sein, als es noch gestern war", fügte Campana hinzu. Denn eine Abweichung von der Vorhersage wäre für die Physiker ein Hinweis darauf, dass mit dem Standardmodell etwas nicht stimmt - etwa dass es neue, bisher unbekannte Teilchen geben könnte, wie sie etwa von der Supersymmetrie-Theorie vorhergesagt werden.
Das Standardmodell der Teilchenphysik beschreibt die Grundbausteine der Materie und ihre Wechselwirkungen, wie die Universität Zürich in einer Mitteilung schreibt. Doch es beantwortet zahlreiche offene Fragen nicht, wie zum Beispiel die Herkunft der Dunklen Materie oder die grundlegende Beschreibung der Gravitation.
Seltene Zerfälle, wie der jetzt beobachtete, könnten Hinweise auf die Herkunft dieser Phänomene liefern. Viele Modelle der Supersymmetrie sagen indes eine deutlich höhere Zerfallsrate voraus als die jetzt gemessene. Doch der Wert sei noch mit großen statistischen Unsicherheiten behaftet.
"Supersymmetrie liegt im Krankenhaus"
Für die Anhänger der Supersymmetrie ist das neue Resultat ein Dämpfer. "Supersymmetrie ist vielleicht nicht tot, liegt aber nach den jüngsten Ergebnissen sicherlich im Krankenhaus", sagte der am LHCb beteiligte CERN-Physiker Chris Parkes. Sollte die Supersymmetrie als Erklärung für die Dunkle Materie ausscheiden, müssten sich die Wissenschafter nach anderen Alternativen umsehen.
Das "Large Hadron Collider beauty-Experiment" (LHCb) am CERN versucht zu ergründen, warum vom Urknall keine Antimaterie im Universum übrig geblieben ist und was die Natur der Dunklen Materie ist. Es untersucht dazu B-Mesonen, die unter anderem ein Elementarteilchen namens "Beauty Quark" oder "B Quark" enthalten. (APA/red, derstandard.at, 13.11.2012)
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Sind 3 Fälle unter einer Milliarde bei einem Vorhersagewert von 3.2 statistisch gesehen nicht etwas dürftig? Ok wirklich krasse Abweichungen sind damit wohl nicht zu erwarten. Aber theoretisch könnte mit dem Ergebnis der Vorhersagewert auch bei 5 liegen und würde damit das Standardmodell trotzdem über den Haufen werden.
Wie kann man also von diesem einzelnen Ergebnis auch nur irgendetwas schließen?
Das ist eine ernst gemeinte Frage!
Dieses Ereignis gilt als 3.5-Sigma-Ereignis, bedeutet: Bei einem 3-Sigma-Ereignis ist die Wahrscheinlichkeit, dass es sich um kein zufälliges Ereignis 99,73 %. Bei einem 4-Sigma-Ereignis liegt die Wahrschienlichkeit bei 99.9937 %. Aber erst ab einem 5-Sigma-Ereignis (99.999943 %) gilt das ganze als wissenschaftliche Entdeckung.
Als im Jahr 2011, also gut vor einem Jahr vor der Entdeckung des Higgs-Teilchen, es die ersten Hinweise gab, gab es ein 2.4-Sigma-Ereignis das auf das Higgs-Teilchen hindeutete.
Also wie gesagt, ein starker Hinweis, aber noch müssen viele Daten gesammelt und ausgewertet werden. Das dauert noch Jahre.
...collisions at sqrt{s} = 8 TeV and 1.0 fb^-1 at sqrt{s}=7 TeV. We observe an excess of Bs -> mu+ mu- candidates with respect to the background expectation. The probability that the background could produce such an excess or larger is 5.3 x 10^-4 corresponding to a signal significance of 3.5 standard deviations. A maximum-likelihood fit gives a branching fraction of BR(Bs -> mu+ mu-) = (3.2^{+1.5}_{-1.2}) x 10^-9, where the statistical uncertainty is 95% of the total uncertainty. This result is in agreement with the Standard Model expectation. The observed number of B0 -> mu+ mu- candidates is consistent with the background expectation, giving an upper limit of BR(B0 -> mu+ mu-) < 9.4 x 10^-10 at 95% confidence level."
Dass er das ganze nicht allzu hochspielen will, ist jetzt auch nicht verwunderlich. Ist doch der Matt Strassler ein bekannter Stringtheoretiker (und damit auch SUSY-Verfechter). Noch dazu einer, der normaler weise nicht so ruhig argumentiert, wenn er die string theory als einzige state-of-the-art theoretical high-energy physics bezeichnet... ;-)
Mit einem hat er aber Recht, das ganze bedeutet nun jahrelange Forschungsarbeit um Gewissheit zu bekommen. Gegessen ist da noch lange nichts.
... aber sehr begeisterter Mitleser habe ich mich mit dieser Schleifenquantengravitation eine Planck-Zeitlang mal beschäft (im Vergleich zu den Leuten hier, die sowas studieren oder in diesem Bereich tätig sind. ;-))
Nun... was mir nicht ganz klar ist, und vielleicht kann mir dabei jemand weiter helfen:
Wenn "das Netz" aus diesen vielen verschiedenen Punkten eine Quantenstruktur aufweist, deren Knoten aber keinerlei Masse, sondern nur Energie besitzen und sich in diesem Falle auch an die Quantenmechanik orientieren, müsste eine "Kommunikation" mit den massehaltigen Teilchen bestehen. Die atomare Ebene müsste in Verbindung sein mit der Quantengravition, um eine stabilen Zustand herzustellen.
Haben die was miteinander zu tun?
In der Loop quantum gravity besteht die Raumzeit aus einem Netz aus Knoten. Diese Knoten befinden sich in einem Abstand von genau einer Planck-Länge (10^-35 m) zueinander. Die kleinstmögliche Länge - darunter ist eine Beschrebung nicht mehr sinnvoll.
Diesen Knoten werden nun bestimmte Eigenschaften zugeordnet. Netzknoten oder Kombinationen daraus entsprechen Elementarteilchen. Wenn sich ein Elemtarteilchen bewegt, verschiebt sich in Wirklichkeit die Knoten. Auch Energie entspricht nur bestimmte Arten von Knoten.
Atome sind so eine komplexe Kombination aus solchen Knoten.
Das interessante an der Theorie ist, dass sie eine Beschreibung für den Raum und die Zeit hat. Einige Erfolge kann diese Theorie auch schon für sich verzeichnen,
Teil 1:
Das Universum war zu Beginn in alle Richtungen symmetrisch (-> Kein unterscheidbarer Raum also auch keine Zeit). Es gab nur einen möglichen Mikrozustand (nach S=klogW wäre W=1 und damit S=k*log(1) / =k*0). Die Entropie S des Anfangszustandes wäre demnach 0 (Perfekte Ordnung, aber extrem instabil). Durch asymmetrie (vermutlich durch das Quantenvakuum) fiel das System in einen instabilen Zustand und "rollt" die Energiekurve "runter". Je weiter das Universum voranschreitet umso mehr (unterscheidbare) Mikrozustände können angenommen werden (S=klogW und W geht gegen unendlich). Das Streben nach maximaler Verteilung ist genau das was wir momentan beobachten (entropisches Prinzip). Das Universum ist ein abgeschlossenes System...
Was für Mikrozustände soll es vor Beginn von Raum und Zeit, also per Definition vor dem Urknall gegeben haben?
Es gibt Theorien in diese Richtung, dass es "davor" etwas gab, zb QLG und andere, aber das kommt erst lang nach der Thermodynamik-Prüfung und bedeutet auch nicht das selbe, wie es in den Standardtheorien verwendet wird.
Was sollen den Mikrozustände sein, dort wo nichts ist? Quantenzustände machen erst Sinn ab den Planck-Größen, die benötigen aber Raum und Zeit.
Und man geht ja davon aus, dass es diese Unterschiede ganz zu Beginn nicht gab. Diese wurden dann durch iwelche Schwankungen ausgelöst. Die dann für die Dichteschwankungen verantwortlich waren. Kleine Dichteunterschiede -> Unterscheidbarkeiten -> W>1 -> Dichteschwankungen -> Masseschwankungen -> Gravitationsschwankungen
Und wenn es räumliche Unterschiede von verschiedenen Anordnungen gibt (W>1) dann muss es auch zeitliche Unterschiede geben nämlich die Zeit t die ein Zustand braucht um zum nächsten zu wechseln.
Mit dem Raum kam die Zeit automatisch dazu weil das eine das andere voraussetzt und genau an diesem Punkt wird W>1 und es läuft gegen unendlich...
mal guggn, thermodynamisch macht es auf jedenfall Sinn
Welche Dichteunterschiede ohne Raum? Was reden sie da? Sie studieren Physik?
Das macht keinen Sinn. Wollen sie sich nicht viel lieber auf die Prüfung vorbereiten?
ein abgeschlossenes System hat die Eigenschaften, dass Volumen, Druck und Temperatur untrennbar miteinander verbunden sind. Ein beschleunigt expandierendes Universum wurde nachgewiesen (Volumen geht gegen unendlich). Das heißt die Temperatur und der druck gehen gegen 0.
Schlussfolgerungen:
Die "Grenze" des Universums ist genau definiert durch die Ausbreitungsgeschwindigkeit und das Alter. Das Universum kann sich nur in eine Richtung ausbreiten, die energetisch geringer als es selbst ist. Das einzige was geringer als "gegen 0" ist, ist 0 selbst. Das würde bedeuten, der Raum "außerhalb" des Universums hätte 0° Kelvin und demnach keine Materie und keine Energie. mMn hängt die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Universums...
... vielleicht stimmt was nicht an der Urknalltheorie, nach der ja die vorhandene Materie quasi durch eine Unsymmetrie von Materie und Anti-Materie aus reiner Energie entstanden sein müsste. Wenn das Universum zB ein Zyklusprozess von zusammenziehen und ausdehen ist wie die Meisten Dinge in der Natur, kann die Materie durchaus woanders herkommen als vom 'Knall'.
Ganz sicher stimmt an der Urknall-Theorie sehr viel nicht - deswegen versucht man ja mit großem Aufwand weiteres Wissen zu gewinnen. Ohne offene Fragen, ohne scheinbare oder reale Widersprüche wäre die Physik eine Ansammlung nicht mehr erweiterbaren toter Information, und all die wissensdurstigen jungen Leute müssten BWL studieren. Grausame Idee ...
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