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Alles zum Thema Wissenschaft und Forschung.

THEMA: Entstehung von Materie und Antimaterie enträtselt?

Entstehung von Materie und Antimaterie enträtselt? 24 Apr 2002 23:00 #20


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de.news.yahoo.com/010220/87/1d1mi.html
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de.news.yahoo.com/010220/87/1d1mi.html

(ExpeditionZone) - Warum gibt es Materie und Antimaterie im Universum? Diese
Frage stellen sich Physiker seit vielen Jahrzehnten, denn eigentlich sollten
sich diese beiden Polaritäten nach dem Urknall aufgehoben haben. Dennoch ist
dem ganz offensichtlich nicht der Fall gewesen. Woher kommen aber die Galaxien,
Planeten und das "Nichts" dazwischen? Langsam scheint man Antworten
darauf zu finden.<br>
<br>
Zahlreiche Theorien gehen bisher davon aus, dass beim Urknall Materie und
Antimaterie zu gleichen Anteilen entstanden sind, die sich gegenseitig
eigentlich aufheben müssten. Doch neue Daten zweier Teams von Teilchenphysikern
legen den Schluss nahe, dass die Materie in den frühesten Momenten des
Universums bereits einen kleinen Vorsprung hatte - und diesen auch bewahren
konnte.<br>
<br>
Das physikalische Grundgesetz, bei dem sich die beiden Polaritäten bei einem
Zusammenstoß in einem vernichtenden Energieblitz neutralisieren, erklärt
zumindest das Schicksal fast aller Teilchen, die beim Urknall entstanden sind.<br>
<br>
Doch um eines dieser Teilchen pro Milliarde herumschwirrender Urpartikel hatte
die Materie mehr zu aufzubieten - und aus diesen Teilchen entstanden dann die
Galaxien, Sterne, Planeten und letztendlich auch die Menschen.<br>
<br>
Theoretiker glauben jetzt, dass dieses Übergewicht an Materieteilchen nach dem
Urknall dadurch zustande kam, dass bei der gegenseitigen Vernichtung Materie
nicht auf die gleiche Art zerstört wurde wie die Antimaterie.<br>
<br>
Dadurch entstand ein Missverhältnis, eine Asymmetrie, zugunsten der
Materieteilchen. Ein Vorgang, der 'CP Übertretung' gennannt wird.<br>
<br>
Physiker konnten diese 'CP Übertretung' erstmals beim Zerfall sogenannter K
Mesonen (eine sehr instabile Mischung aus Materie und Antimaterie) bei einem
Versuch im Brookhaven National Laboratory im Jahr 1964 erkennen.<br>
<br>
Drei Jahre später hat der russische Physiker Andrei Sakharov die 'CP Übertretung'
dazu verwendet, um die Existenz unseres Materie-dominierten Universums zu erklären.<br>
<br>
In den vergangenen beiden Jahren nun haben Teams des Stanford Linear Accelerator
Centers (SLAC) in Kalifornien und der High Energy Accelerator Research
Organization (KEK) in Tsukuba, Japan, einen klaren Beweis dieser Theorie der 'CP
Übertretung' bei den B Mesonen, dem schwereren Bruder der K Mesone, entdeckt.<br>
<br>
Mit gewaltigen Teilchenbeschleunigern erzeugte man 25 Millionen von B Mesonen,
indem man Elektronen mit ihren antimateriellen Gegenstücken, den Positronen,
zusammenprallen ließ.<br>
<br>
Allerdings waren nur ein Bruchteil dieser Kollisionen sogenannte 'goldene
Zusammenstöße', bei denen Mesonen-Paare (Bs und Anti-Bs) ein klares Bild der 'CP
Übertretung' gaben. Bisher haben die Wissenschaftler am SLAC 630 solche Übertretungen
beobachtet, am KEK sind es 260.<br>
<br>
Wir berichteten bereits über die kilometerlangen Anlagen von US-Brookhaven
National Laboratory und dem Schweizer Cern-Institut, der kalifornische 'BaBar'
von SLAC fällt in die gleiche Kategorie.<br>
<br>
Fast 550 Physiker aus neun Ländern haben den 1.200 Tonnen schweren
Teilchendetektor gebaut, der diese minimalen Unterschiede beim Zerfall der B
Mesonen und ihrer antimateriellen Gegenstücke, der Anti-B Mesone, messen kann.
Die dabei entstehende Asymmetrie der Teilchenanzahl ergibt die 'CP Übertretung'.<br>
<br>
"Das ist der Höhepunkt von mehr als einer Dekade Arbeit von hunderten
Wissenschaftlern rund um den Erdball", ist SLAC-Direktor Jonathan Dorfan
enthusiastisch. "Unser Versuch führte zu wirklich erstaunlichen
physikalischen Ergebnissen."<br>
<br>
Die Physiker aus Kalifornien kamen auf einen asymmetrischen Parameter, genannt 'sin
2ß' (sign-two-bayta), der sich aus der Zeitspanne des Zerfalls von B und Anti-B
Mesonen ergibt und konnten damit etwa doppelt so genaue Berechnungen anstellen,
wie bisher möglich war. "Das ist die herausfordernste Antwort, die uns die
Natur geben konnte", meint Stewart Smith von der Princeton University und
Sprecher der BaBar-Teams.<br>
<br>
Während die Versuche nämlich einerseits eine Materie-Antimaterie Asymmetrie
nahe legen, ist das Ergebnis noch nicht hundert prozentig überzeugend. Man bräuchte
einfach noch mehr Daten über den Zerfall der Mesone, um eine definitive Aussage
machen zu können. Doch die 'CP Übertretung' scheint damit fast erwiesen - was
auch die Entstehung der Materie im Universum physikalisch erklären würde.<br>
<br>
Doch es bestehen lediglich 5 Prozent des gesamten Universums aus jener Materie,
aus der auch Planeten, Sterne und Gasnebel geformz sind. Zu diesem Schluss kamen
Astronomen der University of Pennsylvania, vom Institute for Advanced Study in
Princeton, New Jersey, und von der University of Colorado in Boulder.<br>
<br>
"Unser Universum ist ein sehr merkwürdiger kosmischer Cocktail",
meint der Autor der Studie, Prof. Max Tegmark. "Die 95 Prozent, die nicht
aus Materie bestehen, können nämlich überhaupt nicht gesehen werden. Sie
bestehen aus einer Art Materie, die die Wissenschaftler bis heute in Staunen
versetzt."<br>
<br>
Wie konnten die Wissenschaftler also unsichtbares messen? Das schwache Nachglühen
des Urknalls, die Lichtsignale vor dem kosmischen Hintergrund, sind im
Mikorwellenbereich erkennbar. Dieses Licht stammt aus einer undurchsichtigen,
sich immer weiter ausdehnenden Mauer aus Wasserstoff und Materie, die beim
Urknall hinausgeschleudert wurde.<br>
<br>
Es stellt die Grenzen des uns bekannten Universums dar. Seit seiner Entstehung
vor etwa 14 Milliarden Jahren dehnt sich diese Wand aber immer weiter aus. Die
leuchtende innere Oberfläche dieser Wand aus Urmaterie beinhaltet daher viele
Hinweise auf den Ursprung des Universums.<br>
<br>
Die Annahme, dass das Universum nur aus fünf Prozent richtiger Materie besteht,
basiert auf einer früheren Annahme, wonach Lichtelemente wie Helium und
Wasserstoff in den ersten Minuten nach dem Urknall verstreut wurden.<br>
<br>
Die 95 Prozent des Universums, die nicht aus herkömmlicher Materie bestehen,
sind ein Brei aus interessanten Zutaten, die als 'dunkel' bezeichnet werden,
denn die Astronomen können sie bislang nie direkt beobachten.<br>
<br>
Tegmarkt und seine Kollegen nehmen an, dass etwa 33 % kalte dunkle Materie ist.
Es handelt sich dabei um eine Art sich langsam bewegende Materie, die derzeit
nur durch ihre Gravitationskräfte erkennbar ist.<br>
<br>
Heiße dunkle Materie, hauptsächlich aus Neutrinos bestehend (das sind
schnelle, ladungsfreie Teilchen, die auch durch herkömmliche Materie
hindurchgehen), macht laut den Forschern hingegen nur etwa 0,1 % der Masse des
Universums aus.<br>
<br>
Das meiste der übrigen 62 % des Universums besteht aus einer sogar noch
erstaunlicheren Substanz, die als 'dunkle Energie' bekannt ist.<br>
<br>
Genau wie die zwei Typen der 'dunklen Materie' kann auch die 'dunkle Energie'
weder gesehen noch erfasst werden. Auch sie ist nur durch ihre Gravitationskraft
erkennbar. Aber anders als bei der dunklen Materie, die willkürlich im ganzen
Universum vorkommt, ist die dunkle Energie einheitlich verteilt und
wahrscheinlich für das stetige Wachstum des Universums verantwortlich.<br>
<br>
Der erste Nachweis dieser dunklen Energie gelang erst vor zwei Jahren, als das
Verhalten einiger Supernovae die zunehmende Ausdehnung des Universums nahelegte.<br>
<br>
"Vor einigen Jahre dachte man noch, dass das Universum Leerräume
beinhalte, dass also die 62 % kosmischer Energie einfach fehlen", so Andrew
Hamilton von der University of Colorado. "Aber laut Einsteins
Gravitationstheorie würde so ein Defizit den Raum viel stärker krümmen als
dies tatsächlich der Fall ist. Daher wurde diese Annahme wieder
verworfen."<br>
<br>
Laut Einstein reflektiert nämlich jede Krümmung des Raumes die Menge der
Materie des Universums. Eine kugelförmige Krümmung, die weit entfernte Objekte
vergrößert, legt die Anwesenheit von relativ viel Materie nahe, eine
sattelartige Krümmung würde genau das Gegenteil annehmen lassen.<br>
<br>
Aber erst kürzlich durchgeführte Beobachtungen im Mikrowellenbereich ergaben,
dass der Raum eigentlich flach ist. Was darauf hindeutet, dass der
Energiehaushalt des Universums ausgeglichen ist.<br>
<br>
Tegmark's Team hat eine dreidimensionale Karte der Glaxien verwendet, die einen
Raum im Durchmesser von vier Milliarden Lichtjahren abdeckt. Die Galaxien
innerhalb dieses gewaltigen Raumes wurden durch den NASA/NIVR/SRC Infrarot
Astronomical Satellite gescannt und von einem Team der University of Edinburgh
ausgewertet.<br>
<br>
Die erhaltenen Daten wurden auf elf kosmische Parameter angewandt, wobei
Milliarden verschiedener Modelle vom Computer durchgegangen wurden. Das Ergebnis
war die oben erwähnte Annahme, wonach nur fünf Prozent des Universums aus
bekannter Materie bestehen.
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Entstehung von Materie und Antimaterie enträtselt? 28 Mär 2014 15:25 #119


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"Gregi meint: <br>
So wie wir heute die Eingeschränktheit der Weltanschauungen vergangener Jahrhunderte (Erde ist flach, Sonne kreist um die Erde, etc.) zu erkennen vermögen und belächeln, so werden unsere Nachfahren eines Tages die heutigen neuesten Erkenntnisse (aus unserer Sicht oftmals als ultimative Realitäten empfunden) als beschränkt erkennen - und belächeln. <br>
Wenn wir uns nicht vorher selber vernichten...) "
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Entstehung von Materie und Antimaterie enträtselt? 28 Mär 2014 15:44 #136


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Eine sehr wahre Aussage. Hoffen wir das Beste, dass wir zumindest noch eine kleine Zeitlang hier leben können. "Der Mensch ist der Mittelpunkt des Universums, und steht somit allem im Wege."

Schpama
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Entstehung von Materie und Antimaterie enträtselt? 28 Mär 2014 15:44 #137


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Tja, ob er wirklich so wichtig ist dass er allem im Wege sein kann - wer weiss das schon. Können wir (die Menschen) wirklich beurteilen ob wir nun im Mittelpunkt stehen oder völlig ganz unwichtig sind?
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