Donnerstag, 8. September 2011
Urwort-Theorie vor erster experimenteller Bestätigung
klauslange,20:35h
Anfang des Jahres hatte ich in meiner Rezension von Dr. Michael Königs Buch über die Urwort - Theorie geschrieben, dass diese Theorie sogar experimentell überprüfbare Vorhersagen macht: hier.
Dies erwähnt zwar nicht der Autor, aber ich bin der Meinung, dass es zumindest ein weiteres Neutrino-Teilchen neben Elektron-, Myon- und Tau-Neutrino geben muss, wenn die Urwort-Theorie korrekt ist.
Leider hat der Autor bislang auf einen Formelapparat verzichtet, aber aus den im Buch ausführlich dargelegten Überlegungen kann man dennoch Schlussfolgerungen ziehen.
Eine weitere ergibt sich aus dem Energiefluss der Eta-Teilchen, die nicht nur von der Lambda-Quelle weg, sondern auch zu ihr hin fließen. Wobei es einen Überschuss von wegfließenden Eta-Teilchen (oder genauer von Energie auf dem Eta-Teilchen) gibt. Deswegen beschreibt König die Eta-Teilchen als eine Art von Doppelvektoren.
Das ist wiederum spannend. Wenn man sich vorstellt, dass Spinoren im wesentlichen als eine Art Quadratwurzel von Vektoren aufgefasst werden können, dann schließen wir daraus, dass zumindest die Neutrinos in ihre eigenen Anti-Teilchen mit gegenläufigem Spin oszillieren können sollten, wobei dann aber eine Paritätsverletzung auftreten sollte. Auch davon schreibt der Autor nichts. Das soll kein Vorwurf sein, ich will nur klarstellen, dass ich ihm nichts in den Mund - oder ins Buch - legen möchte.
Somit habe ich zumindest zwei mögliche Experimental-Kriterien, um entweder zu sehen, ob an der Theorie 'etwas dran' ist...
Nun gibt es eine interessante Meldung zu diesem Thema, denn die von mir damals genannten Eigenschaften sind nur dann möglich, wenn der Mischungswinkel theta13, betrifft die Fähigkeit einer bestimmten Oszillation des Neutrinos, größer als Null ist. Und genau dafür gibt es ernsthafte Indizien, wie astronews.com ausführlich berichtet: hier.
Der experimentelle Nachweis der Neutrino-Oszillationen (und damit einer von null verschiedenen Neutrino-Masse) gehört zu den großen Durchbrüchen der modernen Teilchenphysik in den vergangenen 20 Jahren. Die Übergänge zwischen den unterschiedlichen Neutrino-Familien hängen von den drei so genannten Mischungswinkeln theta12, theta23 und theta13 ab. Sie und die Unterschiede in den Teilchenmassen bestimmen, wie häufig Übergänge zwischen den einzelnen Familien zu erwarten sind. Zwei der Mischungswinkel sind bereits bekannt, der Wert des verbleibenden dritten, theta13, ist derzeit Gegenstand der Forschung.
Bekannt war bisher lediglich, dass es sich um einen kleinen Wert handeln sollte, verglichen mit den beiden anderen; insbesondere konnte theta-13 gleich null nicht ausgeschlossen werden. Bereits mehrere unabhängige Projekte gingen in der Vergangenheit daran, den schwer zu bändigenden Parameter zu bestimmen - ohne Erfolg. Dem Chooz-Experiment in Frankreich gelang es 1998 immerhin eine obere Grenze anzugeben: die Forscher konnten damals zeigen, dass die von theta-13 verursachte Schwingung nicht größer als etwa ein Zehntel der beiden anderen Mischungsparameter sein kann.
Vor drei Jahren gelang einer Gruppe theoretischer Physiker, darunter Antonio Palazzo, heute am Exzellenzcluster Universe, ein weiterer wichtiger Schritt: Zusammen mit seinen damaligen Kollegen an der Universität und am INFN Bari (Italien) konnte Palazzo die ersten Hinweise auf einen endlichen Wert von theta13 ausmachen. Grundlage für dieses Ergebnis war eine genaue Analyse aller bis dahin verfügbaren experimentellen Daten zur Neutrino-Oszillation. Mit den Experimenten MINOS und T2K (Tokai to Kamioka) konnten Wissenschaftler den Wert in der Zwischenzeit weiter eingrenzen. Auch hier deutet alles auf einen endlichen Wert von theta13 hin; die Theoretiker sehen sich damit bestätigt.
Inzwischen haben die gleichen Wissenschaftler eine statistische Auswertung durchgeführt, in die sowohl ihre neuen Daten als auch frühere Ergebnisse des T2K- und des MINOS-Experiments eingeflossen sind. Danach beträgt die Wahrscheinlichkeit, dass theta13 gleich null ist, nur noch 1:400. Die Analyse wird in Kürze in der Fachzeitschrift Physical Review D erscheinen.
Doch auch dieser Wert ist den Physikern noch zu unsicher: Ihr Ziel ist es, die Wahrscheinlichkeit, das theta13 gleich null ist, auf mindestens 1:1 Millionen zu reduzieren. Aus diesem Grund starten die Forscher nun weitere Projekte. Eine wesentliche Rolle wird dabei das Reaktor-Experiment Double-Chooz spielen, an dem Physiker des Universe Clusters maßgeblich beteiligt sind (astronews.com berichtete). Mit Hilfe des Antineutrino-Flusses des Atomkraftwerks in der französischen Gemeinde Chooz soll der Wert von theta13 mit bisher unerreichter Genauigkeit gemessen werden.
Das Prinzip des Double-Chooz-Experiments ist denkbar einfach: Unmittelbar nach ihrer Erzeugung im Reaktor trifft ein Teil der Antineutrinos auf einen nur 400 Meter entfernt gelegenen Detektor. Die räumliche Nähe stellt sicher, dass es zwischen Emission und erster Detektion zu keinen (oder nur äußerst wenigen) Oszillationen kommt. Der erste Detektor misst daher überwiegend Elektron-Antineutrinos, die noch keine Zeit hatten, sich in Myon- oder Tau-Antineutrinos zu verwandeln. Ein zweiter Detektor von identischer Bauweise liegt etwa 1.050 Meter vom Reaktor entfernt. Wenn der Wert des Mischungswinkels theta13 groß genug ist, wird ein Teil der Elektron-Antineutrinos zu Myon- oder Tau-Antineutrinos. Damit wäre die am zweiten Detektor gemessene Elektron-Antineutrino-Rate deutlich geringer, als dies ohne Oszillationen zu erwarten wäre.
Beide Detektoren sind mit etwa 10 Tonnen einer Szintillationsflüssigkeit gefüllt. Tritt ein Elektron-Antineutrino in Wechselwirkung mit einem Proton innerhalb der Flüssigkeit, kommt es zum inversen Beta-Zerfall: Das Elektron-Antineutrino wird von einem Proton eingefangen, das sich unter Emission eines Positrons in ein Neutron umwandelt. Beide Teilchen erzeugen in der Flüssigkeit kurze Blitze, die einem festgelegten Zeitintervall folgen. 390 Photo-Sensoren an den Gefäßwänden registrieren die Geschehnisse. Das Double-Chooz-Experiment läuft seit April 2011 und hält in den kommenden fünf Jahren nach entsprechenden Signalen Ausschau.
Theta13 > 0 ist für die Urwort-Theorie selbst zwar noch keine hinreichende Bedingung, aber eine notwendige. Die Bedeutung vom Wert von Theta13 ist genauso groß, wie die Existenz der Supersymmetrie für die M-Theorie/String-Theorien. Für die Supersymmetrie auf Teilchenebene gibt es bislang keine experimentellen Hinweise. Eher das Gegenteil ist bislang der Fall, die supersymmetrische Luft - sosehr ich diese Symmetrie wegen ihrer mathematischen Eleganz gerne sähe - wird mit zunehmenden Daten des LHC immer dünner. Und ohne Supersymmetrie gibt es eben auch keine M-Theorie, keine Superstrings. Ganz im Gegensatz zum Wert von Theta13 > 0. Tatsächlich sieht es ganz danach aus, dass die Urwort-Theorie diesen für sie notwendigen Test besteht!
Dies erwähnt zwar nicht der Autor, aber ich bin der Meinung, dass es zumindest ein weiteres Neutrino-Teilchen neben Elektron-, Myon- und Tau-Neutrino geben muss, wenn die Urwort-Theorie korrekt ist.
Leider hat der Autor bislang auf einen Formelapparat verzichtet, aber aus den im Buch ausführlich dargelegten Überlegungen kann man dennoch Schlussfolgerungen ziehen.
Eine weitere ergibt sich aus dem Energiefluss der Eta-Teilchen, die nicht nur von der Lambda-Quelle weg, sondern auch zu ihr hin fließen. Wobei es einen Überschuss von wegfließenden Eta-Teilchen (oder genauer von Energie auf dem Eta-Teilchen) gibt. Deswegen beschreibt König die Eta-Teilchen als eine Art von Doppelvektoren.
Das ist wiederum spannend. Wenn man sich vorstellt, dass Spinoren im wesentlichen als eine Art Quadratwurzel von Vektoren aufgefasst werden können, dann schließen wir daraus, dass zumindest die Neutrinos in ihre eigenen Anti-Teilchen mit gegenläufigem Spin oszillieren können sollten, wobei dann aber eine Paritätsverletzung auftreten sollte. Auch davon schreibt der Autor nichts. Das soll kein Vorwurf sein, ich will nur klarstellen, dass ich ihm nichts in den Mund - oder ins Buch - legen möchte.
Somit habe ich zumindest zwei mögliche Experimental-Kriterien, um entweder zu sehen, ob an der Theorie 'etwas dran' ist...
Nun gibt es eine interessante Meldung zu diesem Thema, denn die von mir damals genannten Eigenschaften sind nur dann möglich, wenn der Mischungswinkel theta13, betrifft die Fähigkeit einer bestimmten Oszillation des Neutrinos, größer als Null ist. Und genau dafür gibt es ernsthafte Indizien, wie astronews.com ausführlich berichtet: hier.
Der experimentelle Nachweis der Neutrino-Oszillationen (und damit einer von null verschiedenen Neutrino-Masse) gehört zu den großen Durchbrüchen der modernen Teilchenphysik in den vergangenen 20 Jahren. Die Übergänge zwischen den unterschiedlichen Neutrino-Familien hängen von den drei so genannten Mischungswinkeln theta12, theta23 und theta13 ab. Sie und die Unterschiede in den Teilchenmassen bestimmen, wie häufig Übergänge zwischen den einzelnen Familien zu erwarten sind. Zwei der Mischungswinkel sind bereits bekannt, der Wert des verbleibenden dritten, theta13, ist derzeit Gegenstand der Forschung.
Bekannt war bisher lediglich, dass es sich um einen kleinen Wert handeln sollte, verglichen mit den beiden anderen; insbesondere konnte theta-13 gleich null nicht ausgeschlossen werden. Bereits mehrere unabhängige Projekte gingen in der Vergangenheit daran, den schwer zu bändigenden Parameter zu bestimmen - ohne Erfolg. Dem Chooz-Experiment in Frankreich gelang es 1998 immerhin eine obere Grenze anzugeben: die Forscher konnten damals zeigen, dass die von theta-13 verursachte Schwingung nicht größer als etwa ein Zehntel der beiden anderen Mischungsparameter sein kann.
Vor drei Jahren gelang einer Gruppe theoretischer Physiker, darunter Antonio Palazzo, heute am Exzellenzcluster Universe, ein weiterer wichtiger Schritt: Zusammen mit seinen damaligen Kollegen an der Universität und am INFN Bari (Italien) konnte Palazzo die ersten Hinweise auf einen endlichen Wert von theta13 ausmachen. Grundlage für dieses Ergebnis war eine genaue Analyse aller bis dahin verfügbaren experimentellen Daten zur Neutrino-Oszillation. Mit den Experimenten MINOS und T2K (Tokai to Kamioka) konnten Wissenschaftler den Wert in der Zwischenzeit weiter eingrenzen. Auch hier deutet alles auf einen endlichen Wert von theta13 hin; die Theoretiker sehen sich damit bestätigt.
Inzwischen haben die gleichen Wissenschaftler eine statistische Auswertung durchgeführt, in die sowohl ihre neuen Daten als auch frühere Ergebnisse des T2K- und des MINOS-Experiments eingeflossen sind. Danach beträgt die Wahrscheinlichkeit, dass theta13 gleich null ist, nur noch 1:400. Die Analyse wird in Kürze in der Fachzeitschrift Physical Review D erscheinen.
Doch auch dieser Wert ist den Physikern noch zu unsicher: Ihr Ziel ist es, die Wahrscheinlichkeit, das theta13 gleich null ist, auf mindestens 1:1 Millionen zu reduzieren. Aus diesem Grund starten die Forscher nun weitere Projekte. Eine wesentliche Rolle wird dabei das Reaktor-Experiment Double-Chooz spielen, an dem Physiker des Universe Clusters maßgeblich beteiligt sind (astronews.com berichtete). Mit Hilfe des Antineutrino-Flusses des Atomkraftwerks in der französischen Gemeinde Chooz soll der Wert von theta13 mit bisher unerreichter Genauigkeit gemessen werden.
Das Prinzip des Double-Chooz-Experiments ist denkbar einfach: Unmittelbar nach ihrer Erzeugung im Reaktor trifft ein Teil der Antineutrinos auf einen nur 400 Meter entfernt gelegenen Detektor. Die räumliche Nähe stellt sicher, dass es zwischen Emission und erster Detektion zu keinen (oder nur äußerst wenigen) Oszillationen kommt. Der erste Detektor misst daher überwiegend Elektron-Antineutrinos, die noch keine Zeit hatten, sich in Myon- oder Tau-Antineutrinos zu verwandeln. Ein zweiter Detektor von identischer Bauweise liegt etwa 1.050 Meter vom Reaktor entfernt. Wenn der Wert des Mischungswinkels theta13 groß genug ist, wird ein Teil der Elektron-Antineutrinos zu Myon- oder Tau-Antineutrinos. Damit wäre die am zweiten Detektor gemessene Elektron-Antineutrino-Rate deutlich geringer, als dies ohne Oszillationen zu erwarten wäre.
Beide Detektoren sind mit etwa 10 Tonnen einer Szintillationsflüssigkeit gefüllt. Tritt ein Elektron-Antineutrino in Wechselwirkung mit einem Proton innerhalb der Flüssigkeit, kommt es zum inversen Beta-Zerfall: Das Elektron-Antineutrino wird von einem Proton eingefangen, das sich unter Emission eines Positrons in ein Neutron umwandelt. Beide Teilchen erzeugen in der Flüssigkeit kurze Blitze, die einem festgelegten Zeitintervall folgen. 390 Photo-Sensoren an den Gefäßwänden registrieren die Geschehnisse. Das Double-Chooz-Experiment läuft seit April 2011 und hält in den kommenden fünf Jahren nach entsprechenden Signalen Ausschau.
Theta13 > 0 ist für die Urwort-Theorie selbst zwar noch keine hinreichende Bedingung, aber eine notwendige. Die Bedeutung vom Wert von Theta13 ist genauso groß, wie die Existenz der Supersymmetrie für die M-Theorie/String-Theorien. Für die Supersymmetrie auf Teilchenebene gibt es bislang keine experimentellen Hinweise. Eher das Gegenteil ist bislang der Fall, die supersymmetrische Luft - sosehr ich diese Symmetrie wegen ihrer mathematischen Eleganz gerne sähe - wird mit zunehmenden Daten des LHC immer dünner. Und ohne Supersymmetrie gibt es eben auch keine M-Theorie, keine Superstrings. Ganz im Gegensatz zum Wert von Theta13 > 0. Tatsächlich sieht es ganz danach aus, dass die Urwort-Theorie diesen für sie notwendigen Test besteht!
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