- Geschrieben von Pallab Ghosh
- Wissenschaftsreporter
Bildquelle, Victor de Schwanberg/Wissenschaftliche Bildbibliothek
Kunstwerk: Geisterpartikel sind derzeit nicht nachweisbar
Einige Physiker vermuten seit langem, dass mysteriöse „gespenstische“ Teilchen in der Welt um uns herum unser Verständnis der wahren Natur des Universums erheblich verbessern könnten.
Jetzt glauben Wissenschaftler, einen Weg gefunden zu haben, zu beweisen, ob es existiert oder nicht.
Das Europäische Zentrum für Teilchenforschung CERN hat ein Experiment genehmigt, um Beweise dafür zu finden.
Das neue Instrument wird tausendmal empfindlicher auf solche Partikel reagieren als frühere Geräte.
Es wird Partikel auf eine feste Oberfläche schlagen, um sie zu erkennen, anstatt sie gegeneinander zu erkennen, wie das Hauptinstrument des CERN, der Large Hadron Collider (LHC).
Was sind diese Geisterpartikel und warum war ein neuer Ansatz erforderlich, um sie zu entdecken?
Die aktuelle Theorie der Teilchenphysik wird als Standardmodell bezeichnet.
Diese Theorie besagt, dass alles im Universum aus einer Familie von 17 Teilchen besteht – bekannten Teilchen wie dem Elektron und dem Higgs-Boson – sowie dem weniger bekannten, aber wunderbar benannten Charm-Quark, dem Tau-Neutrino und dem Gluon.
Einige werden in verschiedenen Kombinationen vermischt, um die größeren, aber immer noch unglaublich kleinen Teilchen zu bilden, aus denen die Welt um uns herum sowie die Sterne und Galaxien, die wir im Weltraum sehen, bestehen, während andere an den Kräften der Natur beteiligt sind.
Aber es gibt ein Problem: Astronomen haben Dinge am Himmel beobachtet – zum Beispiel die Art und Weise, wie sich Galaxien bewegen –, die stark darauf hindeuten, dass alles, was wir beobachten können, nur etwa fünf Prozent des Universums ausmacht.
Einige oder sogar der gesamte Rest des Universums könnten aus „heimlichen“ oder „verborgenen“ Teilchen bestehen. Man geht davon aus, dass sie geisterhafte Gegenstücke zu den 17 Teilchen im Standardmodell sind.
Wenn sie existieren, sind sie wirklich schwer zu erkennen, da sie selten mit der Welt, wie wir sie kennen, interagieren. Wie Geister durchdringen sie alles direkt und können von keinem irdischen Gerät entdeckt werden.
Die Theorie besagt jedoch, dass Geisterpartikel in Standardmodellpartikel zerfallen und von Detektoren erfasst werden können.
Anstatt Partikel miteinander zu kollidieren, wie es bei den meisten aktuellen Experimenten der Fall ist, lässt SHIP sie zu einem großen Materialklumpen zusammenprallen. Das bedeutet, dass alle Moleküle in kleinere Teile zerlegt werden und nicht alle zusammen. Die folgende Grafik zeigt, warum dieser Ansatz mit „festen Zielen“ effektiver ist.
Projektleiter Professor Andrei Golotvin vom Imperial College London sagte, das Experiment „stelle eine neue Ära in der Suche nach verborgenen Teilchen dar“.
„SHIP hat das einzigartige Potenzial, viele Schlüsselprobleme der Teilchenphysik zu lösen, und wir haben das Potenzial, Teilchen zu entdecken, die noch nie zuvor gesehen wurden“, sagte er.
Die Suche nach Geisterpartikeln erfordert eine speziell angepasste Ausrüstung.
Durch gewöhnliche Experimente, beispielsweise mit dem Large Hadron Collider, können neue Teilchen bis zu einem Meter vom Einschlag entfernt nachgewiesen werden. Geisterpartikel können jedoch unsichtbar bleiben und Dutzende oder sogar Hunderte von Metern zurücklegen, bevor sie sich auflösen und zum Vorschein kommen. Daher wurden die Detektoren von SHIP viel weiter entfernt platziert.
„Wir sind Entdecker“
Professor Mitesh Patel vom Imperial College bezeichnete den neuen Ansatz als „genial“.
„Was mich an dem Experiment wirklich fasziniert, ist, dass diese Partikel direkt vor unserer Nase sind, wir sie aber aufgrund der Art und Weise, wie sie interagieren bzw. nicht interagieren, nie sehen konnten.
„Wir sind Entdecker und glauben, dass wir in diesem neuen Terrain etwas Interessantes entdecken können. Also müssen wir einen Blick darauf werfen.“
Laut Dr. Claudia Ahdeda, einer Physikerin am CERN, wird SHIP innerhalb bestehender Einrichtungen am CERN gebaut.
„Wir werden die bestehende Höhle, die Infrastruktur und Teile nutzen, die wir so weit wie möglich wiederverwenden wollen, und was wir haben werden, ist eine Einrichtung, die uns bei der Suche nach diesem verborgenen Sektor hilft, der noch nie zuvor gesehen wurde.“ Sie sagte.
SHIP wird neben allen anderen CERN-Experimenten laufen, von denen das größte der Large Hadron Collider ist, der seit seiner Fertigstellung im Jahr 2008 für 3,75 Milliarden Pfund nach den fehlenden 95 % des Universums sucht. Da bisher keine anderen Partikel als das Standardmodell gefunden wurden, ist geplant, eine Maschine zu bauen, die dreimal größer und leistungsfähiger ist.
Der zukünftige Ringcollider wird 12 Milliarden Pfund kosten. Der geplante Starttermin liegt irgendwann in der Mitte der 2040er-Jahre, das volle neue Partikelfangpotenzial wird jedoch erst im Jahr 2070 erreicht.
Im Gegensatz dazu soll der SHIP-Versuch im Jahr 2030 mit der Suche nach neuen Molekülen beginnen und mit rund 100 Millionen Pfund rund hundertmal günstiger sein. Forscher sagen jedoch, dass alle Ansätze erforderlich sind, um alle möglichen Optionen zu erkunden und die Teilchen zu finden, die ihrer Meinung nach zu einer der größten Entdeckungen in der Physik aller Zeiten führen werden.
Pallabh Ghosh und Kate Stevens betreten den größten Teilchenbeschleuniger der Welt, um herauszufinden, warum Wissenschaftler einen noch größeren Beschleuniger wollen.
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