deSignale

Diesmal hat eines der unterirdischen Experimente zur direkten Messung von Stossereignissen mit Dunkler Materie angeschlagen. Von statistisch zu erwartenden 0,7 Ereignissen, wurden 3 gemessen. Das reicht noch nicht als Entdeckung, ist aber ein sehr wichtiges Indiz.

Interessant ist, dass es sich dabei um eine Masse von ca. 8,6 GeV handelt.

Die AMS-02-Messungen legen einen Wert von über 300 GeV nahe. Das ist nun kein Widerspruch, sondern bestätigt nur die - auch von mir geäußerte (siehe hier, Punkt c) - Annahme, dass es eben nicht nur eine Art von Dunkler Materie gibt, sondern eben mehrere Teilchenarten dieser Materieform. Dafür spricht auch, dass AMS-02 einen viel größeren Positronenüberschuss fand, als für eine einzige DM-Teilchenform möglich.

Zu den neuen Messergebnissen von SuperCDMS gibt scinexx.de einen Bericht.

Mit diesen Ergebnissen von SuperCDMS und jene des Fermi-Weltraumteleskops ist für mich persönlich damit der Beweis für die Existenz von DM-Teilchen mit einer Masse von ca. 10 GeV erbracht!

Nun wurden endlich die ersten Ergebnisse des AMS-02 auf der ISS veröffentlicht und die Gerüchte bewahrheiteten sich: Es wurde ein signifikanter Überschuss an Positronen gemessen. Die einfachste Erklärung - auch wenn man die Strahlungssignatur betrachtet - wäre dafür die Annihilation von Teilchen Dunkler Materie.

Zwar gibt es noch eine theoretische andere Erklärung, die gerade richtig verteilte Pulsare benötigt, um die Richtungsunabhängigkeit dieses Positronenüberschusse zu erklären, aber das ist doch sehr unwahrscheinlich.

Im Rahmen der Supersymmetrie gibt es Vorhersagen, die denen der bisherigen Messresultate entsprechen. In den nächsten Monaten - wohl auf jeden Fall noch in diesem Jahr - will man auch den prognostizierten Flankenabfall jenseits von ca. 350 GeV untersuchen. Sollte man diesen auch noch beobachten, ist die Teilchenannihilation Dunkler Materie bewiesen.

Mich wundert dann nur, warum man am LHC nicht schon entsprechende Hinweise auf Neutralinos gefunden hat. Wurden unerwartete Signale zu rigoros aussortiert?

Die weiteren Daten von AMS-02 versprechen spannende Ergebnisse.

Einen sehr guten Übersichtsartikel zum Stand der AMS-02 Ergebnisse brachte astronews.com

Auch dort heißt es:

Der Überschuss an Positronen wurde aus allen Himmelsrichtungen gemessen und man hat auch keine zeitlichen Variationen beobachten können. Dies deutet darauf hin, dass zumindest keine einzelne natürliche Quelle, wie beispielsweise ein rotierender Neutronenstern, für den beobachteten Überschuss verantwortlich ist. Die jetzt vorgestellten Ergebnisse stimmen mit Modellen überein, die eine gegenseitige Auslöschung von Teilchen der Dunklen Materie für die Positronen verantwortlich machen. Die Datenlage erlaubt es allerdings noch nicht, andere Möglichkeiten auszuschließen.

"Diese bislang genauesten Messungen des Flusses von Positronen in der kosmischen Strahlung zeigen eindrucksvoll die Leistungsfähigkeit und die Möglichkeiten des AMS-Detektors", so Ting. "In den kommenden Monaten wird AMS in der Lage sein, uns zu verraten, ob diese Positronen tatsächlich ein Signal für Dunkle Materie sind oder ob sie einen anderen Ursprung haben."
...

In einer unter dem Begriff "Supersymmetrie" bekannten Theorie entstehen Positronen, wenn zwei Teilchen der Dunklen Materie miteinander kollidieren und sich dabei gegenseitig auslöschen. Die Supersymmetrie und insbesondere die darin enthaltenen Weakly Interacting Massive Particles (WIMPs), also schwach wechselwirkende massereiche Teilchen, gelten als bislang vielversprechendste Kandidaten zur Erklärung der Dunklen Materie.

Nimmt man eine gleichmäßige Verteilung der Dunklen Materie im Universum an, würde die Supersymmetrie genau die Beobachtungen vorhersagen, die mit AMS nun gemacht wurden. Allerdings reichen die Daten noch nicht, um eine endgültige Aussage machen zu können. Theoretisch wäre es beispielsweise noch möglich, die Messungen mithilfe von Pulsaren, also rotierenden Neutronensternen, zu erklären, die in der galaktischen Scheibe verteilt sind.

Eine weiterer Hinweis könnte ein starker Abfall des Überschusses bei noch höheren Energien sein, der von der Theorien vorhergesagt wird. Dieser wurde bislang noch nicht beobachtet. Die Forscher wollen daher versuchen, die Genauigkeit der Messungen oberhalb von 250 GeV weiter zu verbessern, um hier in Zukunft eine klare Aussage machen zu können.

Die Naturkonstanten haben es naturgemäß den Forschern angetan, insbesondere jene der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum. Nun sind zwei Arbeiten erschienen, die eigentlich klären wollen, was denn im Quantenvakuum wirklich passiert und wie seine Natur ist. Doch das hat Auswirkungen auf die Lichtgeschwindigkeit, denn auch sie muss dann fluktuieren...

Die andere Arbeit konzentriert sich auf den Raum, welche Abhängigkeiten in der Raumzeit er hat und wie das mit den darin enthaltenen Teilchen korreliert. Auch dabei fand sich eine Variabilität der Lichtgeschwindigkeit.

Da ich nur die Hälfte dessen verstanden habe, was diese Forscher da genau ausgetüftelt haben, will ich dazu auch weiter kein Kommentar abliefern.

Jedenfalls sind die Arbeiten peer reviewed und erscheinen in Fachjournalen. Was allein auch kein Gütesiegel ist, aber manche brauchen das, um es überhaupt zu lesen (ich nehme auch Arbeiten ernst, die nicht anerkannt sind, sonst bräuchte ich selbst ja auch gar nicht weiter rechnen...).

Einen ausführlicheren Bericht liefert science daily

Es ist interessant, wie man immer wieder versucht, neue Belege, die zeigen, dass bisherige Modelle nicht ausreichen, am liebsten ausblenden möchte.

Einen solchen Fall liefert eine Artikelüberschrift von welt der physik bezüglich der neuen Planck-Daten.

Im Gegensatz zur Überschrift offenbart der Artikel selbst, dass die Daten zur Hintergrundstrahlung des Universums sehr klare und bedeutsame Abweichungen zu den bisherigen Modellen liefern:

Die Planck-Daten bestätigen die Theorien der Physiker mit bisher unerreichter Genauigkeit. Ihnen zufolge ist das Universum 13,82 Milliarden Jahre alt, etwa 10 Millionen Jahre älter als bisher angenommen, und auch seine Zusammensetzung ist nun besser bekannt: Nur 4,9 Prozent bestehen aus der uns bekannten Materie, 26,8 Prozent sind sogenannte Dunkle Materie und 68,3 Prozent Dunkle Energie. Die bisher angenommen Werte lagen bei 4,5 Prozent für Materie, 22,7 Prozent für Dunkle Materie und 72,8 Prozent für Dunkle Energie.

Ein Widerspruch in sich: Wie sehen denn die Modelle aus, die bislang 22,7 % Dunkle Materie und 72,8 % Dunkle Materie annahmen und nun dennoch mit neuen Daten übereinstimmen sollen, wonach es nun einen Anteil von Dunkler Materie von 26,8 % (immerhin ein Plus von 4,1 %) und von Dunkler Energie in Höhe von 68,3 % (ein Minus von immerhin 4,5 %) gibt? Das sind signifikante Unterschiede! Ein Modell, dass solche Variationen von 4 % verkraftet erscheint mir wenig aussagekräftig.

Aber es kommt noch besser:

Denn die extrem gute Übereinstimmung mit den theoretischen Vorhersagen gilt nur bei kleinen Winkeln. Bei größeren Winkeln zeigen die Planck-Daten überraschende Abweichungen von den Modellen. So sind die Temperaturschwankungen in einem Bereich um zehn Winkelgrad deutlich schwächer als vorhergesagt.

Außerdem zeigt sich in der Gesamtkarte der Hintergrundstrahlung eine verblüffende Asymmetrie: Die großräumigen Schwankungen sind auf der einen Hemisphäre deutlich stärker als auf der anderen. Hinweise auf solche Anomalien hatten bereits frühere Messungen des amerikanischen Satelliten WMAP geliefert. Doch erst die Planck-Messungen sind genau genug, um systematische Fehler als Ursache auszuschließen. Zudem gibt es einen ungewöhnlich großen „kalten Fleck“, der bisher nicht erklärt werden kann.

Fazit: Die bisherigen Modelle reichen einfach nicht aus, um den Anspruch einer sinnvollen Erklärung für eine Entstehungsgeschichte des Universums zu erheben!

Update: Während die etablierten Wissenschafts-Portale lieber das Märchen vom - gemessen am Standardmodell der Kosmologie - 'fast perfektem Universum' herumposaunen, teilt der Autor eines Artikels von welt.de eher meine beschriebene Sichtweise: hier!

Update2: In der englischsprachigen Kosmologengilde ist man schon weiter und benennt die Dinge beim Namen. So betitelt space.com seinen Artikel zu den neuen Planck-Daten mit New Map of Big Bang Light Hints at Exotic Physics, womit ich vollkommen übereinstimme.

Das es hier nicht um reißerische Überschriften geht, sondern wirklich eine seriöse Sichtweise ist, wird durch das Statement der NASA gestützt:

The theory of inflation suggests that after the Big Bang, the universe ballooned rapidly from its tiny, hot state, doubling in size every 10^-35 seconds (a decimal point followed by 34 zeroes and a one). But where the basic models of inflation say this expansion should have happened uniformly in all directions, the new Planck results suggest that might not have been the case.

"One of the features of inflation is it says there should be no preferred direction — everywhere in the universe should be more or less the same," astrophysicist Marc Kamionkowski of Johns Hopkins University said today (March 21) during a NASA press call. "But when you look at the amplitudes, even by eye you can tell that one side of the universe looks different from the other side."

That is to say, the temperature variations in the CMB appear to be sized and spaced differently when Planck looks in one direction, than when it looks in the other.

There are other anomalies as well. The variations don't appear to behave the same on large scales as they do on small scales, and there are some particularly large features, such as a hefty cold spot, that were not predicted by basic inflation models.

Ultimately, the data show "some features that are surprising and very, very intriguing," said Charles Lawrence, U.S. Planck project scientist at NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Calif.
"Hopefully in the process of understanding those features better we will be able to glimpse answers to some of our deepest questions."

Indeed, the map's deviations from what was predicted are not cause for disappointment among scientists, but rather exhilaration. They could even lead toward unraveling the mysteries of dark matter and dark energy, two perplexing constituents of the universe that have yet to be explained by mainstream theories.

For example, the new CMB measurements produce a new estimate for the age and expansion rate of the universe, which the Planck scientists calculate to be 13.8 billion years old, and 41.73 miles (67.15 kilometers) per second per megaparsec, respectively. The expansion rate is also known as the Hubble constant, and the new estimate is significantly lower than the values derived through other astronomical observations.

"This is one of the most exciting parts of the data, is this apparent tension between these different ways to estimate how rapidly the universe is expanding," said Martin White, U.S. Planck scientist at the University of California, Berkeley. "The hope would be that this is actually pointing toward some deficiency in the models or some extra physics."

The expansion rate of the universe is deeply connected to the idea of dark energy, which is the name scientists have given to whatever is causing the universe's expansion to accelerate. The finding could point toward a new direction of thinking about dark energy, including the possibility that it has changed over time.

"If it was different than the simplest models, if the amount of dark energy was somehow increasing with time in a given volume of space, then that would alleviate some of the tension," White said, and added, "that's a pretty radical thing to propose."

Bevor die Ergebnisse von AMS-2 veröffentlicht werden, gibt es eine unabhängige Untersuchung von Daten des Fermi-Teleskops, die zeigt, dass in sogenannten Fermi-Blasen sehr wahrscheinlich Annihilationsereignisse von Teilchen Dunkler Materie stattfinden. Es wird zwar erwähnt, dass ähnliche Messungen auch als Quelle Millisekunden-Pulsare haben könnten, doch dann hätten wir eine so große Menge solcher Pulsare übersehen, dass sie als Quelle eigentlich nicht plausibel sind.

Die Abhandlung hier.

Allein reicht dieses Ergebnis also nicht, aber je nachdem was AMS-2 noch liefert könnte es gemeinsam für einen ersten Nachweis von Teilchen Dunkler Materie reichen. Wir werden sehr bald mehr wissen...

In wenigen Wochen soll es erste Ergebnisse geben, die Messreihen von AMS-O2 auswerten. AMS-02 ist eine Appartur, die an der Internationalen Space Station ISS montiert wurde, um nach verdächtigen Prozessen zu suchen, die auf Annihilation von Materie mit Anti-Materie schließen lassen.

Eine Folge davon sind auch mögliche Signaturen für Teilchen, wie sie für die Dunkle Materie infrage kommen.

Einen ersten Bericht über die kommenden Ergebnisse gibt space.com.

Es hat einen Durchbruch im Bereich der Geometrie gegeben, die lange vermutete Existenz von Metriken, die zugleich jene Eigenschaften nach Einstein und auch nach Kähler genügen, ist nun bewiesen (bzw. der noch ungeprüfte Beweis wird behauptet).

Ich verweise mal auf einen Blog-Beitrag, der mehrere Links zum Thema enthält: hier

Noch ein Blog-Beitrag mit Hintergrundinfos auf deutsch hier.

Wenn man sich so in Kreisen der Teilchenphysiker umhört, dann gibt es bezüglich der Supersymmetrie unterschiedliche Gründe, warum ihre Befürworter nach wie vor von ihrer Existenz ausgehen, obwohl die bisherigen Ergebnisse des LHC (offiziell) noch keine Anzeichen für SUSY-Teilchen geliefert haben.

Drei Hauptargumente werden dafür genannt, wobei sie von Physiker zu Physiker unterschiedlich gewichtet werden:

a) Die Superstringtheorie/M-Theorie ist der beste Mainstream-Kandidat für eine Vereinigung von Relativitätstheorie und Quantentheorie. Die Superstringtheorie fordert aber die Existenz der SUSY, daher besteht der Wunsch nach der Existenz der SUSY, weil sonst die Superstringtheorie widerlegt wäre.
b) Mit der SUSY kann man das Hierarchieproblem lösen.
c) Mit der SUSY lässt sich ein natürlicher Teilchen-Kandidat für die Dunkle Materie herleiten.

Für mich sind diese Argumente nicht ausschlaggebend, daher kurz einige Kommentare dazu:

zu a) Für mich ist die Superstringtheorie/M-Theorie in der Tat ein interessantes Konzept, das einige grundlegende Ideen, wie Extradimensionen und Dualitäten etc. in der theoretischen Physik nutzbar macht. Doch sind ihre Mittel noch zu sehr auf bestehende Paradigmen beschränkt und daher kann dieses Konzept nicht die Wirklichkeit in ihrer Fülle abbilden. Daher besitzt für mich die SUSY nicht die dringende Notwendigkeit, um die Superstringtheorie am Leben zu halten.

zu b) Eventuell kann man mit der SUSY das Hierarchieproblem lösen. Aber aus meinen Arbeiten im Zusammenhang mit der Urwort-Theorie, präferiere ich Varianten der SUSY, die keine Lösung für das Hierarchieproblem darstellen. Im Rahmen der Heimtheorie lässt sich dieses Problem auch ganz anders beschreiben und stellt darin auch kein Problem dar. Als Bestandteil der Urworttheorie sind solche Fragen auch im Zusammenhang mit der Natürlichkeit einer Theorie ganz anders gestellt und beantwortet. Deswegen ist die SUSY daher auch nicht notwendig.

zu c) Vielleicht liefert die SUSY einen kleinen Bestandteil der Dunklen Materie, aber ich denke nicht, dass es nicht nur eine Art Dunkler Materie gibt und das leichteste SUSY-Teilchen bei weitem nicht den Löwen-Anteil in der Gesamtbilanz hat. Im Rahmen der Urwort-Theorie erklärt sich die Dunkle Materie noch ganz anders. Auch dafür bedarf es also nicht der SUSY.


Warum halte ich dann die Existenz der SUSY für wichtig?

Mein schwächstes Argument zuerst:
Im Rahmen meiner Arbeit zur Urwort-Theorie (utsusy_v1 (pdf, 290 KB) ) habe ich gezeigt, dass eine strukturelle SUSY in der Natur ermöglicht wird. Aufgrund dieser Möglichkeit, meine ich, dass diese Möglichkeit auch realisiert ist.

Mein Hauptargument:
Es sind die Zahlen!

In der Natur gibt es unterschiedliche Teilchenarten mit unterschiedlichem Spin.

Wir kennen Teilchen mit dem Spinquantenzahl 1/2 und 1 = 2/2. Seit der Entdeckung eines Higgs-Bosons, kennen wir auch ein Teilchen mit der Spinquantenzahl 0 = 0/2. Wenn wir das Graviton dazunehmen, das bislang noch nie direkt gesehen wurde, dann haben wir auch ein Teilchen mit der Spinquantenzahl 2 = 4/2.

Somit sehen wir Spinquantenzahlen

0/2, 1/2, 2/2, 4/2

Was fehlt?

Ein Teilchen mit der Spinquantenzahl 3/2!

Und ein solches Teilchen bekommen wir nur über die SUSY.

Selbstverständlich ist es möglich, dass dort in der Natur einfach eine Lücke ist, doch daran glaube ich nicht. Viel interessanter ist die Möglichkeit, dass wir das Graviton deswegen noch nicht gesehen haben, weil die Gravitation kein solches Austauschteilchen besitzt. Damit hätten wir also auch keine Spinquantenzahl 4/2 und wir bräuchten die Lücke 3/2 nicht zu schließen.

Tatsächlich funktioniert die Gravitation wohl doch etwas anders, als man bislang meint, dennoch gibt es aber m.E. ein Teilchen mit der Eigenschaft des Gravitons, um in diesem Zusammenhang u.a. die Energiebilanz sauber zu halten.

Zur Zeit habe ich viele Durchbrüche im Rahmen meiner Arbeiten zur theoretischen Physik (Urwort- Heim-Theorie) und durch mathematische Konstrukte daraus auch auf dem Gebiet meiner Primzahlenforschung.

Wenn man insbesondere meine Arbeiten utsusy_v1 (pdf, 290 KB) und utstophiggs_v1 (pdf, 15 KB) aufmerksam gelesen hat, dann kann es nicht verwundern, dass ich eine sehr genaue Abschätzung für das Gluino gefunden habe.

Zwar kommt das Gluino nicht direkt in der Heim-Theorie vor, sondern es gibt dafür indirekte Zustandsströme im Atomkern, doch lässt sich dies als acht Teilchen darstellen.

Für die supersymmetrischen Partner ergibt sich daher für ein Gluino eine Masse von

Gluon_Masse + 2^6 + 2^5 + 2^3 = 104 + 2 GeV/c^2

Selbstverständlich gilt das nur, sofern das Higgs-Teilchen kein reines Standard-Higgs ist.

Schon im letzten Monat wurde angemerkt, dass bestimmte Messergebnisse weder vom CMS- noch vom ATLAS-Experiment des LHC des Cern veröffentlicht wurden. Sie wurden ausgespart. Und es waren genau jene Messergebnisse, die den Diphotonen-Kanal betrafen, wo schon zuvor ein höherer Ausschlag gesehen wurde, als es vom Standardmodell zu erwarten gewesen wäre.

Nun legt das ATLAS-Experiment seine Daten vor:
Zum einen ist die Eindeutigkeit der Higgs-Masse bei rund 125 GeV/c^2 verschwunden, wir haben nun zwei Peaks bei 123,5 und 126,6 GeV/c^2. Zum anderen verschwindet der Überschuss im Diphotonen-Kanal trotz einer viel größeren Datenmenge nicht.

Es gibt noch weitere offene Fragen, aber zumindest wurden diese beiden Massanomalien nun bekannt, wie hier nachzulesen ist. Es bleibt spannend. Die nächste bedeutende Konferenz zum Thema soll im März 2013 stattfinden und hoffentlich Klarheit bringen...