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 Das Start-up inveox will Krebsdiagnosen durch Automatisierung im Labor zuverlässiger machen
15.06.2018 | Technische Universität München

nachricht Fußball durch die Augen des Computers
14.06.2018 | Universität Konstanz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: AchemAsia 2019 in Shanghai

Die AchemAsia geht in ihr viertes Jahrzehnt und bricht auf zu neuen Ufern: Das International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production findet vom 21. bis 23. Mai 2019 in Shanghai, China statt. Gleichzeitig erhält die Veranstaltung ein aktuelles Profil: Die elfte Ausgabe fokussiert auf Themen, die für Chinas Prozessindustrie besonders relevant sind, und legt den Schwerpunkt auf Nachhaltigkeit und Innovation.

1989 wurde die AchemAsia als Spin-Off der ACHEMA ins Leben gerufen, um die Bedürfnisse der sich damals noch entwickelnden Iindustrie in China zu erfüllen. Seit...

Im Focus: AchemAsia 2019 will take place in Shanghai

Moving into its fourth decade, AchemAsia is setting out for new horizons: The International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production will take place from 21-23 May 2019 in Shanghai, China. With an updated event profile, the eleventh edition focusses on topics that are especially relevant for the Chinese process industry, putting a strong emphasis on sustainability and innovation.

Founded in 1989 as a spin-off of ACHEMA to cater to the needs of China’s then developing industry, AchemAsia has since grown into a platform where the latest...

Im Focus: Li-Fi erstmals für das industrielle Internet der Dinge getestet

Mit einer Abschlusspräsentation im BMW Werk München wurde das BMBF-geförderte Projekt OWICELLS erfolgreich abgeschlossen. Dabei wurde eine Li-Fi Kommunikation zu einem mobilen Roboter in einer 5x5m² Fertigungszelle demonstriert, der produktionsübliche Vorgänge durchführt (Teile schweißen, umlegen und prüfen). Die robuste, optische Drahtlosübertragung beruht auf räumlicher Diversität, d.h. Daten werden von mehreren LEDs und mehreren Photodioden gleichzeitig gesendet und empfangen. Das System kann Daten mit mehr als 100 Mbit/s und fünf Millisekunden Latenz übertragen.

Moderne Produktionstechniken in der Automobilindustrie müssen flexibler werden, um sich an individuelle Kundenwünsche anpassen zu können. Forscher untersuchen...

Im Focus: First real-time test of Li-Fi utilization for the industrial Internet of Things

The BMBF-funded OWICELLS project was successfully completed with a final presentation at the BMW plant in Munich. The presentation demonstrated a Li-Fi communication with a mobile robot, while the robot carried out usual production processes (welding, moving and testing parts) in a 5x5m² production cell. The robust, optical wireless transmission is based on spatial diversity; in other words, data is sent and received simultaneously by several LEDs and several photodiodes. The system can transmit data at more than 100 Mbit/s and five milliseconds latency.

Modern production technologies in the automobile industry must become more flexible in order to fulfil individual customer requirements.

Im Focus: ALMA entdeckt Trio von Baby-Planeten rund um neugeborenen Stern

Neuartige Technik, um die jüngsten Planeten in unserer Galaxis zu finden

Zwei unabhängige Astronomenteams haben mit ALMA überzeugende Belege dafür gefunden, dass sich drei junge Planeten im Orbit um den Säuglingsstern HD 163296...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Künstliche Intelligenz – Schafft der Mensch seine Arbeit ab?

15.06.2018 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Asteroidenforschung in Garching

13.06.2018 | Veranstaltungen

Meteoriteneinschläge und Spektralfarben: HITS bei Explore Science 2018

11.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

EMAG auf der AMB: Hochproduktive Lösungen für die vernetzte Automotive-Produktion

15.06.2018 | Messenachrichten

AchemAsia 2019 in Shanghai

15.06.2018 | Messenachrichten

Dem Fettfinger zu Leibe rücken: Neuer Nanolack soll Antifingerprint-Oberflächen schaffen

15.06.2018 | Materialwissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics