deSignale

Forscher haben anhand von Beobachtungen von Nachbargalaxien der Milchstraße herausgefunden, dass die Teilchenmasse Dunkler Materie mindest 40 Giga-Elektronenvolt betragen muss, berichtet science daily hier.

In der Quantenmechanik wird die Wellenfunktion als mathematisches Konstrukt angesehen, das die Wahrscheinlichkeit eines Zustandes angibt. Nun haben Forscher herausgefunden, dass die Wellenfunktion weit mehr ist, sie besitzt physikalische Realität!

Die weltweit führende Fachzeitschrift Nature hat dieses Ergebnis nun gewürdigt: Quantum theorem shakes foundations.

Action at a distance occurs when pairs of quantum particles interact in such a way that they become entangled. But the new paper, by a trio of physicists led by Matthew Pusey at Imperial College London, presents a theorem showing that if a quantum wavefunction were purely a statistical tool, then even quantum states that are unconnected across space and time would be able to communicate with each other. As that seems very unlikely to be true, the researchers conclude that the wavefunction must be physically real after all.

David Wallace, a philosopher of physics at the University of Oxford, UK, says that the theorem is the most important result in the foundations of quantum mechanics that he has seen in his 15-year professional career. “This strips away obscurity and shows you can’t have an interpretation of a quantum state as probabilistic,” he says.

Their theorem effectively says that individual quantum systems must “know” exactly what state they have been prepared in, or the results of measurements on them would lead to results at odds with quantum mechanics. They declined to comment while their preprint is undergoing the journal-submission process, but say in their paper that their finding is similar to the notion that an individual coin being flipped in a biased way — for example, so that it comes up 'heads' six out of ten times — has the intrinsic, physical property of being biased, in contrast to the idea that the bias is simply a statistical property of many coin-flip outcomes.

Nun habe ich auch auf Borderlands of Science meine Abhandlung 'Dimensionsstruktur, Feinstrukturkonstante und Urwort-Matrix' veröffentlicht: hier.

Wiederholte und zudem verbesserte Experimente zeigen erneut Neutrinos, die schneller als das Licht eine bestimmte Strecke zurücklegen. Astronews.com berichtet hier.

Das Experiment ist eigentlich nicht sonderlich spektakulär: Physiker am europäischen Kernforschungszentrum CERN in Genf hatten einen Neutrinostrahl zum 730 Kilometer entfernten Untergrundlabor Gran Sasso in den Bergen bei Rom geschickt und genau gemessen, wie lange die Neutrinos für ihren Weg benötigen. Das Ergebnis war überraschend: Die Elementarteilchen hatten ihr Ziel schneller erreicht, als es selbst Licht möglich gewesen wäre. Sie waren exakt 60 Nanosekunden schneller, als man dies mit Lichtgeschwindigkeit erwarten würde (astronews.com berichtete). Nach Einsteins Relativitätstheorie aber sollte dies nicht möglich sein - die Lichtgeschwindigkeit ist darin eine obere Geschwindigkeitsgrenze, die kein Teilchen überschreiten kann.

Schnell meldeten sich auch verschiedene Kritiker, die glaubten, Messfehler des OPERA-Teams gefunden zu haben. Bislang allerdings konnte niemand eine schlüssige Erklärung für die gemessenen Daten liefern. Auch das Team um Ereditato war natürlich in den vergangenen Wochen nicht untätig: Sie führten ihr Experiment mit einem neuen Teilchenstrahl durch, um damit eventuellen systematischen Messfehlern auf die Spur zu kommen, die durch eine fehlerhafte Geschwindigkeitsbestimmung entstanden sein könnten.

Dazu wurde der Teilchenstrahl in einzelnen, jeweils drei Nanosekunden langen Pulsen auf den Weg geschickt. Der Abstand zwischen den einzelnen Pulsen betrug dabei bis zu 524 Nanosekunden. Im Untergrundlabor Gran Sasso ließen sich davon 20 Neutrinos eindeutig identifizieren und auch exakt den ursprünglichen Pulsen zuordnen. Dies zeigt nach Ansicht des OPERA-Teams, dass ihnen bei der Zeitmessung kein systematischer Fehler unterlaufen war, was externe Experten immer wieder wieder vermutet hatten. Auch in dem neuen Versuchslauf waren die gemessenen Neutrinos ein wenig schneller als das Licht.

Der diesjährige Physik-Nobelpreis wurde an den Entdeckern der sog. beschleunigten Expansion des Universums vergeben. Auch von meiner Seite eine herzliche Gratulation. Dennoch denke ich, dass diese Auszeichnung noch verfrüht kommt, denn diese beschleunigte Expansion könnte auch eine Art optische Täuschung sein, die durch die Wellenlänge der ersten Gravitationswelle im noch sehr kleinen Universum gleich nach dem Urknall zustande kommen kann. Man wird das noch genauer untersuchen müssen.

Ein welt-Artikel zur Nobelpreisvergabe hier.

In einem Interview der faz wurden sehr interessante Fragen erörtert bezüglich ausstehender Untersuchungen zu der Meldung der überlichtschnellen Neutrinos: hier.

Eine interessante Meldung macht die Runde: Neutrinos sollen schneller als Licht sein! Das hätte weitreichende Folgen. Jedenfalls zeigt dies, dass Neutrinos eine fundamentale Rolle spielen, was gemäß der Urwort-Theorie auch nicht verwundert (da sie ja von den fundamentalen Eta-Teilchen direkt generieren). Aber erst mal nötige Kontrollmessungen abwarten zumal es auch andere Erklärungsmöglichkeiten geben könnte, wenn sich die Messungen bewahrheiten. Zunächst muss man aber solche Meldungen mit Vorsicht behandeln. Zur Meldung hier.

Neue Daten erhärten die Theorie, dass das Universum nicht in allen Richtungen gleich expandiert, sondern eine asymmetrische Expansion vorliegt, wie 'welt der physik' meldet: hier.

Beijing (China) - Das Universum expandiert nicht gleichmäßig in alle Richtungen. Diesen für die Astrophysiker unangenehmen Verdacht haben zwei chinesische Forscher mit einer sorgfältigen Analyse von 557 explodierenden Sternen - so genannten Supernovae - erhärtet. Damit gerät ein Grundpfeiler der Kosmologie ins Wanken, nämlich die Annahme, dass das Universum homogen und isotrop ist, sich also an jedem Ort und in jede Richtung gleich verhält.

In den 1920er Jahren entdeckten Edwin Hubble und andere Astronomen, dass das Universum nicht unveränderlich ist, sondern sich permanent ausdehnt - alle Galaxien scheinen voneinander weg zu fliegen. Nahezu sieben Jahrzehnte lang galt als eherner Grundsatz der Kosmologie, dass diese Expansion des Weltalls durch die Schwerkraft langsam abgebremst wird. Doch in den 1990er Jahren zeigten Beobachtungen ferner Supernovae, dass ganz im Gegenteil die kosmische Expansion sogar beschleunigt verläuft. Als Ursache für die Beschleunigung postulierten die Astrophysiker eine "Dunkle Energie", eine bislang unbekannte physikalische Eigenschaft des Vakuums.

Nun gerät ein weiterer eherner Grundsatz der Kosmologie ins Wanken, das "Kosmologische Prinzip", nach dem das Universum sich an jedem Ort und in jeder Richtung gleich verhält. Diese Symmetrieannahme ist eine wichtige Grundlage kosmologischer Modelle, mit denen die Forscher die Entstehung und Entwicklung des Kosmos beschreiben. In den vergangen Jahren mehrten sich jedoch die Anzeichen dafür, dass die Beschleunigung der kosmischen Expansion nicht in alle Richtungen gleich groß ist.

Den bislang besten statistischen Beweis für diese Asymmetrie liefern nun anscheinend Rong-Gen Cai und Zhong-Liang Tuo von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Beijing. Ihre Analyse der Daten von 557 Supernovae zeigt, dass die Expansion des Universums in Richtung auf das Sternbild Fuchs am stärksten beschleunigt ist. "Wenn eine solche bevorzugte kosmologische Richtung wirklich existiert," so schreiben die beiden Forscher in ihrer online publizierten Analyse, "dann müssen künftig anisotrope kosmologische Modelle ernsthaft in Betracht gezogen werden." Allerdings ist diese Arbeit noch nicht durch unabhängige Wissenschaftler geprüft.

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!