Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Standardmodell der Physik experimentell bestätigt

21.04.2006


Wissenschaftlicher Meilenstein: Forscher der Universität Karlsruhe beteiligt



Wenn Physiker vom "Standardmodell" sprechen, meinen sie ihr Bild von der Welt der kleinsten Teilchen und der Kräfte zwischen ihnen. Es beschreibt unter anderem exotische Materie, die sich in Antimaterie und zurück verwandeln kann. Zu den Teilchen mit dieser Fähigkeit gehört das Bs-Meson. Forscher am Fermilab-Teilchenbeschleuniger nahe Chicago konnten das Standardmodell jetzt experimentell bestätigen, indem sie zum ersten Mal direkt und sehr präzise gemessen haben, wie oft pro Sekunde sich Bs-Mesonen umwandeln. Als einzige deutsche Hochschule war die Universität Karlsruhe maßgeblich an diesem Meilenstein der Teilchenphysik beteiligt. Ein 20-köpfiges Forscherteam um die Physikprofessoren Dr. Thomas Müller und Dr. Michael Feindt hat komplexe Software geliefert, die eine gezielte Auswertung der Rohdaten überhaupt erst ermöglicht hat. Das Team gehört zu der Kollaboration "Collider Detector at Fermilab" (CDF), an der etwa 700 Physiker von 60 Institutionen aus aller Welt beteiligt sind.



Im Fermilab, dem leistungsfähigsten Teilchenbeschleuniger der Welt, werden Protonen und Antiprotonen bis beinahe zur Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und aufeinander geschossen. Die dabei neben vielen anderen Teilchen entstehenden Bs-Mesonen wandeln sich pro Sekunde 2,8 Billionen Mal in Anti-Bs-Mesonen um und zurück, also jede Sekunde etwa 500-mal öfter als Menschen auf der Erde leben. "Dieser Wert liegt im Bereich, den das Standardmodell vorhersagt", sagt Müller. Bs-Mesonen existieren im heutigen Kosmos nicht mehr, waren aber im jungen Universum kurz nach dem Urknall vorhanden. Physiker können sie nur in großen Teilchenbeschleunigern untersuchen. Sie wollen so nicht nur Erkenntnisse über die Eigenschaften der Elementarteilchen, sondern auch über die Entwicklung des frühen Universums gewinnen.

"Seit 1986 warten wir auf diese Messung", sagt Müller. Es sei einer der seltenen Durchbrüche in der Elementarteilchenphysik. Dabei haben viele der Physiker ein ganz anderes Ergebnis erhofft. Müller: "Wir wissen, dass das Standardmodell unvollständig sein muss." Unter extremen Bedingungen, wie sie kurz nach dem Urknall geherrscht haben, sei es nicht gültig. Das Standardmodell müsse der Grenzfall einer allgemeineren Theorie sein. Müller vergleicht dieses Verhältnis mit dem zwischen der Mechanik Isaac Newtons und Einsteins Relativitätstheorie. Erstere beschreibt die Bewegung von Dingen in unserer Alltagswelt bis hin zur Planetenbewegung. Für Geschwindigkeiten nahe der des Lichtes verliert sie jedoch ihre Gültigkeit und muss durch die allgemeiner gültige Relativitätstheorie ersetzt werden. Das Standardmodell hat weitere Unzulänglichkeiten: "Es kann nicht erklären, warum im Universum nur Materie und keine Antimaterie beobachtet wird", sagt Feindt, der maßgeblich an der Entwicklung der Karlsruher Spezialsoftware mitwirkte. Jede Proton-Antiproton-Kollision kann mit einem "Mini-Urknall" verglichen werden. Es entsteht eine hohe Zahl neuer Teilchen, die mit dem 700 Tonnen schweren CDF-Detektor nachgewiesen werden. Indem sie die Kollisionen mit Präzisionsmessungen beobachten, hoffen Physiker, über die Grenzen des Standardmodells hinauszublicken, um ein tieferes Verständnis der Natur der kleinsten Teilchen und der Evolution des Universums zu gewinnen.

Seit 1995 arbeitete das Karlsruher Team an Software, die aus dem Gewirr elektronischer Teilchenspuren im CDF-Detektor rekonstruieren kann, ob ein Bs-Meson bei seiner Entstehung Teilchen oder Antiteilchen war. Dieses so genannte Tagging basiert auf komplexen statistischen Verfahren. Zusammen mit der Lebensdauer des Bs-Mesons, die im Bereich einer Millionstel Sekunde liegt, und der relativ einfach zu gewinnenden Information, ob es bei seinem Zerfall Teilchen oder Antiteilchen war, kann auf die Anzahl der Umwandlungen pro Sekunde geschlossen werden. Zum ersten Mal kam für das Tagging unter anderem das in Karlsruhe entwickelte neuronale Netzwerk "NeuroBayes" zum Einsatz. Neuronale Netze können versteckte Zusammenhänge in umfangreichen Datenmengen aufspüren. NeuroBayes wird auch in der Wirtschaft eingesetzt, zum Beispiel zur Analyse von Versicherungsdaten. Maßgeblich zum Erfolg beigetragen hat außerdem die Software "Same-Side-Kaon Tagging" der am Massachusetts Institute of Technology (MIT) forschenden Emmy-Noether-Stipendiatin Stephanie Menzemer, die an der Universität Karlsruhe promovierte.

Zwischen Februar 2002 und Januar 2006 kollidierten im Fermilab hunderte von Billionen Protonen mit Antiprotonen. Die Daten wurden auf großen Computer-Netzwerken und zum Teil auf dem World-Wide-Grid, einem weltweiten Zusammenschluss von Rechenzentren, ausgewertet. Die Physiker konnten so den Lebensweg von etwa 3700 Bs-Mesonen vollständig rekonstruieren. Die Rekonstruktion von weiteren etwa 53 000 Bs-Mesonen gelang wegen der Beteiligung von nicht nachweisbaren Neutrinos an der Reaktion teilweise. Diese Datenbasis bildet ein starkes statistisches Fundament für die Auswertung. Die Wahrscheinlichkeit, dass die gemessene Umwandlungsrate von einer statistischen Fluktuation herrührt, beträgt nur 0,5 Prozent. Um jedoch jeden Zweifel auszuschließen, werden weitere Daten aufgenommen und die Rekonstruktionsmethoden weiter entwickelt.

Weitere Informationen:
Klaus Rümmele
Presse und Kommunikation
Universität Karlsruhe (TH)
Telefon: 0721/608-8153
E-Mail: ruemmele@verwaltung.uni-karlsruhe.de

Dr. Elisabeth Zuber-Knost | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-karlsruhe.de/Uni/
http://www.presse.uni-karlsruhe.de/5495.php

Weitere Berichte zu: Bs-Meson Physik Standardmodell Teilchen Universum

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht »Lernlabor Cybersicherheit« startet in Weiden i. d. Oberpfalz
12.01.2017 | Fraunhofer-Gesellschaft

nachricht Klick-Tagebuch: App-Projekt der HdM erlaubt neuen Ansatz in Entwicklungsforschung
11.01.2017 | Hochschule der Medien Stuttgart

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Interfacial Superconductivity: Magnetic and superconducting order revealed simultaneously

Researchers from the University of Hamburg in Germany, in collaboration with colleagues from the University of Aarhus in Denmark, have synthesized a new superconducting material by growing a few layers of an antiferromagnetic transition-metal chalcogenide on a bismuth-based topological insulator, both being non-superconducting materials.

While superconductivity and magnetism are generally believed to be mutually exclusive, surprisingly, in this new material, superconducting correlations...

Im Focus: Erforschung von Elementarteilchen in Materialien

Laseranregung von Semimetallen ermöglicht die Erzeugung neuartiger Quasiteilchen in Festkörpersystemen sowie ultraschnelle Schaltung zwischen verschiedenen Zuständen.

Die Untersuchung der Eigenschaften fundamentaler Teilchen in Festkörpersystemen ist ein vielversprechender Ansatz für die Quantenfeldtheorie. Quasiteilchen...

Im Focus: Studying fundamental particles in materials

Laser-driving of semimetals allows creating novel quasiparticle states within condensed matter systems and switching between different states on ultrafast time scales

Studying properties of fundamental particles in condensed matter systems is a promising approach to quantum field theory. Quasiparticles offer the opportunity...

Im Focus: Mit solaren Gebäudehüllen Architektur gestalten

Solarthermie ist in der breiten Öffentlichkeit derzeit durch dunkelblaue, rechteckige Kollektoren auf Hausdächern besetzt. Für ästhetisch hochwertige Architektur werden Technologien benötigt, die dem Architekten mehr Gestaltungsspielraum für Niedrigst- und Plusenergiegebäude geben. Im Projekt »ArKol« entwickeln Forscher des Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern aktuell zwei Fassadenkollektoren für solare Wärmeerzeugung, die ein hohes Maß an Designflexibilität erlauben: einen Streifenkollektor für opake sowie eine solarthermische Jalousie für transparente Fassadenanteile. Der aktuelle Stand der beiden Entwicklungen wird auf der BAU 2017 vorgestellt.

Im Projekt »ArKol – Entwicklung von architektonisch hoch integrierten Fassadekollektoren mit Heat Pipes« entwickelt das Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern...

Im Focus: Designing Architecture with Solar Building Envelopes

Among the general public, solar thermal energy is currently associated with dark blue, rectangular collectors on building roofs. Technologies are needed for aesthetically high quality architecture which offer the architect more room for manoeuvre when it comes to low- and plus-energy buildings. With the “ArKol” project, researchers at Fraunhofer ISE together with partners are currently developing two façade collectors for solar thermal energy generation, which permit a high degree of design flexibility: a strip collector for opaque façade sections and a solar thermal blind for transparent sections. The current state of the two developments will be presented at the BAU 2017 trade fair.

As part of the “ArKol – development of architecturally highly integrated façade collectors with heat pipes” project, Fraunhofer ISE together with its partners...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungen

Über intelligente IT-Systeme und große Datenberge

17.01.2017 | Veranstaltungen

Aquakulturen und Fangquoten – was hilft gegen Überfischung?

16.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Intelligente Haustechnik hört auf „LISTEN“

17.01.2017 | Architektur Bauwesen

Satellitengestützte Lasermesstechnik gegen den Klimawandel

17.01.2017 | Maschinenbau