Science

Neues Naturgesetz? Forscher beobachten "mysteriöses" Verhalten elementarer Teilchen

Ergebnisse des Large Hadron Collider (LHC) im CERN sorgen dafür, dass Forscher ein Naturgesetz in Frage stellen.
Ergebnisse des Large Hadron Collider (LHC) im CERN sorgen dafür, dass Forscher ein Naturgesetz in Frage stellen.
Foto: Getty Images/Pascal Boegli
Die Naturgesetze sind einige wenige Konstanten, an denen sich die Wissenschaft, aber auch unser alltägliches Leben, orientieren kann. Was also passiert, wenn sich eine von ihnen als gar nicht so konstant herausstellt?

Beim CERN, der Europäischen Organisation für Kernforschung, handelt es sich um eine Großforschungseinrichtung in der Nähe von Genf. Diese dient in erster Linie der physikalischen Grundlagenforschung, die mitunter durch die Arbeit am 2008 in Betrieb genommenen Large Hadron Collider (LHC), vollzogen wird – und nun offenbar dafür sorgt, dass Forscher das Standardmodell der Teilchenphysik umdenken müssen. Der Grund: Neue Ergebnisse des LHC lassen sich nicht mit bekannten Naturgesetzen vereinbaren.

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Begriffserklärung:

Quark:
Im Standardmodell der Teilchenphysik stellen Quarks die elementare Bestandteile (Elementarteilchen) dar, aus denen Hadronen (bspw. Protonen und Neutronen) bestehen.

Leptonen:
Gemeinsam mit Quarks stellen bilden Leptonen (ebenfalls Elementarteilchen) die fundamentalen Bausteine der Materie.

Leptoquark:
Leptoquarks (X- und Y-Bosonen) können theoretische gleichzeitig an Quarks und Leptonen koppeln. Bei ihnen handelt es sich um hypothetische Elementarteilchen, die von Modellen jenseits des Standardmodells postuliert werden.


Naturgesetze: Schönheitsquarks werfen Fragen auf

Das Standardmodell ist die wohl beste Theorie, die wir im Moment haben, um zu erklären, wie die Welt um uns herum funktioniert. Nichtsdestotrotz ist Wissenschaftlern bereits seit geraumer Zeit bekannt, dass das Modell lediglich ein Sprungbrett zu einem vollständigeren Verständnis des Universums ist. Der nun erfolgte Nachweis eines unerwarteten Verhaltens eines subatomaren Teilchens, des sogenannten "Schönheitsquarks", könnte "Risse im Fundament" dieser Theorie ans Licht bringen und das Gesicht der Naturgesetze, wie wir sie kennen, verändern.

Die Ergebnisse wurden aus Daten abgeleitet, die von Forschern am (LHC) des CERN gesammelt wurden – wo Strahlen von Protonenteilchen kollidieren, um die Grenzen der Physik, wie wir sie heute verstehen, zu testen. Das "mysteriöse" Verhalten des "Schönheitsquarks" könnte das Ergebnis eines bisher unbekannten subatomaren Teilchens sein, das eine Kraft ausübt.

Nach dem Standardmodell sollten die Schönheitsquarks in eine gleiche Anzahl von Elektronen und Myonen zerfallen. Stattdessen werden bei dem Prozess mehr Elektronen als Myonen erzeugt. Eine mögliche Erklärung ist, dass ein noch zu entdeckendes Teilchen, ein sogenanntes Leptoquark, an dem Prozess beteiligt ist und die Herstellung von Elektronen erleichtert.

Weitere Untersuchungen stehen aus

"Es ist noch zu früh, um zu sagen, ob es sich wirklich um eine Abweichung vom Standardmodell handelt, aber die potenziellen Implikationen sind so groß, dass diese Ergebnisse das Aufregendste sind, was ich in 20 Jahren auf dem Gebiet gemacht habe", sagt Dr. Mitesh Patel, vom Department of Physics am Imperial und einer der führenden Physiker hinter der Messung. "Es war eine lange Reise, um hierher zu gelangen."

Man wisse, dass es da draußen neue Teilchen geben müsse, "die es zu entdecken gilt, weil unser derzeitiges Verständnis des Universums in vielerlei Hinsicht unzureichend ist", erläutert Dr. Michael McCann, der im Rahmen der Messungen eine wichtige Rolle im Team des Imperial College London spielte. Bislang sei nicht bekannt, "woraus 95 % des Universums bestehen, oder warum es ein so großes Ungleichgewicht zwischen Materie und Antimaterie gibt, noch verstehen wir die Muster in den Eigenschaften der Teilchen, die wir kennen".

Während die Wissenschaftler auf die Bestätigung der Ergebnisse warten müssen, hoffe McCann, "dass wir eines Tages darauf als einen Wendepunkt zurückblicken können, an dem wir begonnen haben, einige dieser grundlegenden Fragen zu beantworten".

Abzuwarten bleibt, welche Auswirkungen die neue Entdeckung auf unser künftiges Verständnis der Naturgesetze haben wird. Zudem mussten jüngst auch Astronomen eine ursprünglich gängige Theorie umdenken. Sie haben die Ausläufer des bislang größten Quasars seit dem Urknall entdeckt, der ihre Idee von der Entstehung Schwarzer Löcher auf den Kopf stellt. Weltraumforscher beobachteten zudem erstmals die Entstehung eines Plasma-Hurrikans auf der Erde.

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