Analyse bestätigt: Zu 99,99999 Prozent gibt es nur 12 Materieteilchen

  • Erst die riesigen Datenmengen, die die großen Detektoren wie das CMS am CERN in Genf liefern, ermöglichen eine fundierte Aussage über den Aufbau der Materie.
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    foto: kit/ markus breig

    Erst die riesigen Datenmengen, die die großen Detektoren wie das CMS am CERN in Genf liefern, ermöglichen eine fundierte Aussage über den Aufbau der Materie.

Aktuelle Daten-Untersuchung führt zu dem Schluss: "Das Standardmodell kann bei Fermionen als abgeschlossen betrachtet werden"

Eine der großen Fragen der Physik kreist um die Anzahl der im Universum existierenden Materieteilchen. Sind es 12 Teilchen, wie es das Standardmodell (SM) der Elementarteilchenphysik postuliert? Oder gibt es noch weitere Partikel, die nur zu massereich sind, um in den bisherigen Experimenten erzeugt zu werden? Ein internationales Forscherteam glaubt nach umfassenden Analysen von Daten, die Teilchenbeschleuniger in den letzten Jahren geliefert haben, eine Antwort gefunden zu haben.

Die Materieteilchen, auch Fermionen genannt, bilden die elementaren Bausteine des Universums. Alles, was uns umgibt, ist aus ihnen aufgebaut. "Lange Zeit war nicht klar, ob wir alle Bausteine kennen", erklärt Ulrich Nierste vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Das Standardmodell der Teilchenphysik kennt 12 Fermionen. Aufgrund ihrer Eigenschaften teilt man sie in 3 Generationen zu je 4 Teilchen ein. Nur die erste Generation kommt in nennenswerter Menge außerhalb von Teilchenbeschleunigern vor. Zu ihr gehören das Elektron, das Elektronneutrino sowie das up-Quark und das down-Quark. Aus up- und down-Quarks sind schwerere Teilchen wie Protonen und Neutronen und damit alle Elemente des Periodensystems aufgebaut.

"Warum leistet sich aber die Natur überhaupt den Luxus einer zweiten und dritten Generation, wenn diese kaum gebraucht werden? Und gibt es vielleicht sogar noch mehr Generationen an Teilchen?", fragen Martin Wiebusch und Otto Eberhardt, Hauptautoren der im Fachmagazin "Physical Review Letters" erschienenen Analyse. Zumindest die zweite Frage konnten sie nun beantworten: "Im Standardmodell der Teilchenphysik gibt es genau drei Fermionengenerationen."

Zu 99,99999 Prozent gibt es nur 12 Fermionen

Für ihre Analyse kombinieren die Forscher die neuesten Daten, die mit den Teilchenbeschleunigern LHC und Tevatron gesammelt wurden, sowie viele bekannte Messergebnisse zu Teilchen wie dem Z-Boson oder dem top-Quark. Das Ergebnis der statistischen Analyse lautet, dass mit einer Wahrscheinlichkeit von 99,99999 Prozent die Existenz von weiteren Fermionen auszuschließen ist. Dies entspricht einer Signifikanz von 5,3 Sigma; ab 5 Sigma sprechen die Physiker von einer Entdeckung. Die wichtigste Rolle spielen dabei die Daten über das vor kurzem entdeckte Higgs-Teilchen.

Das Higgs-Teilchen gibt allen anderen Teilchen ihre Masse. Da zusätzliche Fermionen in Beschleunigerexperimenten nicht direkt nachgewiesen wurden, müssen sie schwerer sein als die bisher bekannten Fermionen. Das würde bedeuten, dass sie auch stärker mit dem Higgs-Teilchen wechselwirken. Diese Wechselwirkung würde die Eigenschaften des Higgs-Teilchens derart verändern, dass man es noch nicht hätten nachweisen können. Mit dem Ausschluss der 4. Fermionengeneration ist die erste der bekannteren offenen Frage der Teilchenphysik durch Messungen des neuen Beschleunigerringes LHC am CERN gelöst worden.

"Das Standardmodell der Teilchenphysik kann nun bei den Fermionen als abgeschlossen betrachtet werden", erklärt Nierste. Dennoch bleiben einige spannende Fragen. Etwa die genauen Eigenschaften des gerade entdeckten Higgs-Teilchens oder Aufklärung, warum es im Universum mehr Materie als Antimaterie gibt. (red, derStandard.at, 13.12.2012)

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Verhältnis Materie / Antimaterie

Es wird immer behauptet dass es im Universum mehr Materie als Antimaterie gibt. Korrekt ist aber das man im beobachtbaren Teil kaum Antimaterie findet. Man sieht aber höchstens 1/250. Wenn Materie und Antimaterie beim Urknall in unterschiedliche Richtungen geflogen sind paßt das perfekt zur Beobachtung. Und es gibt in diesem Fall kein Ungleichgewicht.

wieso gibt es bei so einem interessanten thema, so viel krap?

Es geht um das Masseteilchen eine der wichtigsten entdeckungen die wir hier alle erleben werden, und ich les:

na oida und geh bitte!?

wenns zu einsteins zeiten postings gegeben hät, würdet ihr wahrscheinlich fragen ob ein hundehaufen auch eine Raumkrümmung verursacht.

Lest euch ein, interessierts euch dafür, ist echt ein verdammt faszinierender Stoff.

Viel Spass dabei :-)

„Zwei Dinge sind unendlich, das Universum und die menschliche Dummheit, aber bei dem Universum bin ich mir noch nicht ganz sicher.“

OT: Albert Einstein

ok ganz eine leihenhafte frage: lego spielen gibts ab wann damit? wie weit ist man in der manipulierung dieser teilchen? gibt es schon idee wie man diese teilchen verkettet?

Das ist schwer zu beantworten

Ergebnisse der Grundlagenforschung brauchen nach meinen Beobachtungen vielleicht 50 Jahre, bis sie auf den Stand der Technik Auswirkungen haben. Das geschieht aber meistens in unvorhergesehener Weise.

Vergleichen Sie zum Beispiel einige Jahreszahlen:

- Quantenphysik ->
integrierte Schaltkreise mit Strukturen<1um
Photodioden uvm.

- spezielle Relativitätstheorie ->
GPS und seine Vorläufer

Was man sehr gut im Griff hat, sind Gebundene Zustände von zwei up und einem down Quark oder auch einem up und zwei down Quarks. Diese kombinierten Teilchen kann man dann wiederum neu zusammensetzen. Da kennt man mittlerweile tausende mögliche Zusammensetzungen, wovon einige hundert stabil sind. Dazu kann man dann noch in begrenzter Zahl Elektronen und Muonen binden. Dann fängt das ganze erst an kompliziert zu werden.

Gute Leistung, weitermachen!

12 ?!

Da muss ein Irrtum vorliegen, vielleicht ist es auch nur eine vorübergehende Modeerscheinung.

In ein paar Monaten einigen wir uns bei sowas elementaren bitte wieder auf 42 .

Nein, nein das passt schon.

Ist ihnen noch nie aufgefallen, dass 504 dividiert durch 12 42 ergibt? (!!) Und das Ergebnis von (516 minus 12 [die Anzahl der Fermionen {!!!!}]) dividiert durch 42 ergibt 12, die Anzahl der Fermionen (!!!!!!!!).

Das muss doch was bedeuten zu haben, regelmäßig taucht die 42 aus. Unheimlich! ;-)

Entgegen der ansicht, dass der sinn des universums nach hitchhikers guide to the universe 42 ist, habe ich empfunden, dass er Koechel 516 ist. Endlich sehe ich, dass da also ein zusammenhang besteht.^^

wenn ihr noch weiter in meinen eingeweiden rumkrammt klopf ich euch mal ordentlich auf die finger...

nietzsche hat unrecht...

Naja wenn man die Daten aller bisherigen Teilchenbeschleuniger-Experimente untersucht, dann wird man auch zum Schluss kommen, dass man vermutlich schon alle Teilchen gefunden hat, die sich mit diesen Energieneveaus auffinden lassen.

Bis zur Planck-Masse sinds schließlich noch einige Größenordnungen. Die gefundenen Teilchen bewegen sich ganz am Anfang dieser Skala...

Steht doch eh im Text:

"Da zusätzliche Fermionen in Beschleunigerexperimenten nicht direkt nachgewiesen wurden, müssen sie schwerer sein als die bisher bekannten Fermionen. Das würde bedeuten, dass sie auch stärker mit dem Higgs-Teilchen wechselwirken. Diese Wechselwirkung würde die Eigenschaften des Higgs-Teilchens derart verändern, dass man es noch nicht hätten nachweisen können."

Bedeutet: Gäbe es schwerere Fermionen, wäre die Wechselwirkung mit dem Higgs-Feld eine andere - bedeutet: Wir hätten das Higgs-Teilchen nicht bei diesen Energien gefunden. Weil wir es aber gefunden haben, gibt es keine schwereren Fermionen. Und die statistische Auswirkung sagt uns mit 5.3-sigma, dass wir auch keine "übersehen" haben.

Das bedeutet nicht, dass es keine weiteren Teilchen mehr gibt. Graviton sollte es geben, aber das ist ein Eichboson und mögliche supersymmetrische Teilchen könne es auch noch geben, die fermionischen SUSY-Teilchen sind aber Bosinos und eben keine Fermionen.

Hilfe! Bitte um ernstgemeinte Antworten:

Ich bin verwirrt und erbitte ernsthaft Aufklärung:
"Das Standardmodell der Teilchenphysik kann nun bei den Fermionen als abgeschlossen betrachtet werden"
Es wird im Artikel ständig betont, dass das für das Standardmodell gilt. Gilt es denn jetzt allgemein, eine allgemein gültige Feststellung oder ist es eine Feststellung, die nur innerhalb des Standardmodells formuliert wurde und nur für es gilt?
Supersymmetrische Theorien, und ich denke, alle relevanten Stringtheorien beinhalten Supersymmetrie, verlangen ja nach weiteren Elementarteilchen. Heißt das jetzt, supersymmetrische Theorien sind erwiesenermaßen widerlegt?
Was ist mit dem Graviton? Das gibt es dann auch erwiesenermaßen nicht?

Das bedeutet, dass auch ein nach dem Standardmodell folgendes Modell, nicht mehr Fermionen beinhaltet, als die bisher bekannten. Supersymmetrische Fermionen werden Bosinos genannt. Mit großer Wahrscheinlichkeit wird es also keine weiteren Fermionen

geben, aber möglicherweise supersymmetrische Fermionen, die dann aber Bosinos genannt werden (können ja keine normalen Fermionen sein - und darauf bezieht sich der Text - weil sie ja supersymmetrisch sind).

Das Graviton ist ein Eichboson.

Aber die Supersymmetrie und damit die Strintheorie ist eh schon heftig ins Wanken geraten. Und das ist gut so, denn - und das ist nur mal persönliches Gesudere - langsam reichts. Seit Jahrzehnten verspricht die Theorie, für alles eine Lösung zu haben, tatsächlich gibt es aber keine einzige falsifizierbare Aussage. Schlimmer noch, kaum wirds konkreter, behaupten die Stringtheoretiker, dass selbst eine Widerlegung die Theorie nicht schadet, denn es gäbe soviele Lösungen, eine davon wird schon richtig sein.

"..dass selbst eine Widerlegung die Theorie nicht schadet, denn es gäbe soviele Lösungen, eine davon wird schon richtig sein."

Ich bin ja jetzt nicht soo der Experte für Elemtarteilchenphysik, aber irgend wie hört sich das für mich ein bisschen so an wie der Spruch: "Mit drei Parametern kann man einen Elefanten fitten!"
Sprich, wenn ich eine Theorie bastle mit mehr als 2 frei wählbaren Parametern kann man hinterher so ziemlich jeden Unfug reinfitten, selbst wenn das ganze ansonsten nicht besonders schlüssig ist.

Darum gehts nicht. Es geht darum, dass eine Theorie anerkannte Basissätze produzieren muss, die dann mittels empirischen Methoden überprüft wird. Eine Widerlegung anhand von Beobachtungen bedeutet noch nicht das Ende der Theorie.

Sondern es bedeutet nur, dass ein Widerspruch existiert. Denn auch Beobachtungen sind nie theorieunabhängig, wie und was wir beobachten können wird immer durch die Theorie bestimmt. Entsteht ein Widerspruch, so muss dieser aufgelöst werden.

Aber um einmal in dieses Verfahren hineinzukommen, müsste die Stringtheorie anerkannte Basisätze schaffen. Aber immer wenns konkret wird, reden sie sich auf die unendlich viele Lösungen herraus bzw. auf die 10^500 Lösungen, die ein Universum ergeben, dass so ähnlich ist wie unseres.

Es geht dabei nicht um die Anzahl der freien Parameter, sondern dass ich Aussagen schaffe, die überprüfbar sind. Das schaffen andere Theorien mit mehreren freien Parametern auch.

das ist...

... aber nur ein polemischer spruch und sonst reine phantasie

Wie du meinst! ;)

Forumlieren wir das Problem mal rein mathematisch: ich habe eine Messkurve über einen endlichen Messbereich und mit endlich vielen Messpunkten.
Die Kurve sieht z.b. "progressiv steigend" aus, also z.b. exponentiell oder quadratisch/kubisch usw.
Jetzt fitte ich die Daten einmal an eine e-Funktion und einmal an eine (allgemeinge) kubische Funktion. -Die Genauigkeit(Fehlerbalken) mag dann am ende die selbe sein, die der Informationsgehalt über die tatsächlichen Zusammenhänge in der Natur ist aber sicher nicht der selbe.
Wenn es so wäre wie sie sagen, könnte ich jede Kurve der Welt an jede Theorie der Welt fitten. -Wenn das Ergebnis nicht passt muss ich ja "nur" einen freien Parameter mehr in die Theorie einfügen. ;)

bevor man einen fit macht...

.....schaut man sich einmal die treibende Physik an, und entscheidet nach der was die richtige Funktion ist. Alles andere ist numerologie.
Im uebrigen kann ich mich nicht erinnern, mit Ihnen Bruderschaft getrunken zu haben

".....schaut man sich einmal die treibende Physik an"

Ja, wie ich das von Ihnen gelesen habe habe ich sehr gelacht.
Meinen Sie vielleicht so wie die "treibende Physik" hinter dem ab kondensieren von Wasser aus der Atmosphäre der Triplepunkt sein soll?? ;)
http://derstandard.at/plink/135... id29278198
Nur weil du mal eine Uni-Einführungsvorlesung in Physik gehört hast heisst das eben noch nicht, dass du die Welt auch "verstehst". *kicher*

"hinter dem ab kondensieren von Wasser aus der Atmosphäre der Triplepunkt sein soll?? "

Steht dort nicht. Erlernen Sie zuerst einmal das Lesen.

In dem Posting von mir...

... das Sie hier verlinkt haben, sind genau *null* Fehler. Ihr erratisches und kindisches Getue erfolgt nur aus Trotz und verrät nicht die geringste Kompetenz.

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