Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Der Natur reichen 12 Materieteilchen

13.12.2012
Wie viele Materieteilchen gibt es in der Natur? Diese Frage beschäftigt die Teilchenphysiker schon eine lange Zeit. Sind es die 12 Materieteilchen, die das Standardmodell der Teilchenphysik enthält? Oder gibt es Weitere, die nur zu massereich sind, um in den bisherigen Experimenten erzeugt zu werden?

Die Antwort darauf geben Forscher des KIT, des CERN und der Humboldt Universität nun in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins Physical Review Letters. (DOI: 10.1103/PhysRevLett.109.241802)


Die Daten der großen Detektoren wie dem CMS am CERN in Genf ermöglichen es, den Aufbau der Materie im Detail zu untersuchen.
(Bild: KIT/ Markus Breig)

Die Materieteilchen, auch Fermionen genannt, bilden die elementaren Bausteine des Universums. Alles, was wir auf der Erde oder durch Teleskope sehen, ist aus ihnen aufgebaut. „Aber lange Zeit war nicht klar, ob wir alle Bausteine kennen“, erklärt Ulrich Nierste, Professor vom KIT.

Das Standardmodell der Teilchenphysik kennt 12 Fermionen. Aufgrund ihrer ähnlichen Eigenschaften teilt man sie in 3 Generationen á 4 Teilchen ein. Nur die erste Generation kommt in nennenswerter Menge außerhalb von Teilchenbeschleunigern vor. Zu ihr gehören das Elektron, das Elektronneutrino sowie das up-Quark und das down-Quark. Aus up- und down-Quarks sind schwerere Teilchen wie Protonen und Neutronen und damit alle Elemente des Periodensystems aufgebaut.

„Warum leistet sich aber die Natur überhaupt den Luxus einer zweiten und dritten Generation, wenn diese kaum gebraucht wird? Und gibt es vielleicht sogar noch mehr Generationen an Teilchen?“, fragen die Hauptautoren der vorliegenden Analyse, Martin Wiebusch und Otto Eberhardt. Zumindest die letztere Frage konnten sie nun endgültig beantworten: „Im Standardmodell der Teilchenphysik gibt es genau drei Fermionengenerationen!“

Für ihre Analyse kombinieren die Forscher die neusten Daten, die mit den Teilchenbeschleunigern LHC und Tevatron gesammelt wurden, sowie viele bekannte Messergebnisse zu Teilchen wie dem Z-Boson oder dem top-Quark. Das Ergebnis der statistischen Analyse lautet, dass mit einer Wahrscheinlichkeit von 99,99999 Prozent (5,3 sigma) die Existenz von weiteren Fermionen auszuschließen ist. Die wichtigste Rolle spielen dabei die Daten über das vor kurzem entdeckte Higgs-Teilchen.

Das Higgs-Teilchen gibt allen anderen Teilchen ihre Masse. Da zusätzliche Fermionen in Beschleunigerexperimenten nicht direkt nachgewiesen wurden, müssen sie schwerer sein als die bisher bekannten Fermionen. Das würde bedeuten, dass sie auch stärker mit dem Higgs-Teilchen wechselwirken. Diese Wechselwirkung würde die Eigenschaften des Higgs-Teilchens derart verändern, dass man es noch nicht hätten nachweisen können. Mit dem Ausschluss der 4. Fermionengeneration ist die erste der bekannteren offenen Frage der Teilchenphysik durch Messungen des neuen Beschleunigerringes LHC am CERN gelöst worden.

„Das Standardmodell der Teilchenphysik kann nun bei den Fermionen als abgeschlossen betrachtet werden“, erklärt Nierste. Dennoch bleiben einige spannende Fragen. Etwa die genauen Eigenschaften des gerade entdeckten Higgs-Teilchens oder Aufklärung, warum es im Universum mehr Materie als Antimaterie gibt.

Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist eine Körperschaft des öffentlichen Rechts nach den Gesetzen des Landes Baden-Württemberg. Es nimmt sowohl die Mission einer Universität als auch die Mission eines nationalen Forschungs-zentrums in der Helmholtz-Gemeinschaft wahr. Das KIT verfolgt seine Aufgaben im Wissensdreieck Forschung – Lehre – Innovation.

Weiterer Kontakt:

Kosta Schinarakis
PKM – Themenscout
Tel.: +49 721 608 41956
Fax: +49 721 608 43658
E-Mail:schinarakis@kit.edu

Monika Landgraf | idw
Weitere Informationen:
http://www.kit.edu

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Neue Methode für die Datenübertragung mit Licht
29.05.2017 | Leibniz-Institut für Photonische Technologien e. V.

nachricht Schnell wachsende Galaxien könnten kosmisches Rätsel lösen – zeigen früheste Verschmelzung
26.05.2017 | Max-Planck-Institut für Astronomie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Neue Methode für die Datenübertragung mit Licht

Der steigende Bedarf an schneller, leistungsfähiger Datenübertragung erfordert die Entwicklung neuer Verfahren zur verlustarmen und störungsfreien Übermittlung von optischen Informationssignalen. Wissenschaftler der Universität Johannesburg, des Instituts für Angewandte Optik der Friedrich-Schiller-Universität Jena und des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) präsentieren im Fachblatt „Journal of Optics“ eine neue Möglichkeit, glasfaserbasierte und kabellose optische Datenübertragung effizient miteinander zu verbinden.

Dank des Internets können wir in Sekundenbruchteilen mit Menschen rund um den Globus in Kontakt treten. Damit die Kommunikation reibungslos funktioniert,...

Im Focus: Strathclyde-led research develops world's highest gain high-power laser amplifier

The world's highest gain high power laser amplifier - by many orders of magnitude - has been developed in research led at the University of Strathclyde.

The researchers demonstrated the feasibility of using plasma to amplify short laser pulses of picojoule-level energy up to 100 millijoules, which is a 'gain'...

Im Focus: Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

Staphylococcus aureus ist aufgrund häufiger Resistenzen gegenüber vielen Antibiotika ein gefürchteter Erreger (MRSA) insbesondere bei Krankenhaus-Infektionen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts haben immunologische Prozesse identifiziert, die eine erfolgreiche körpereigene, gegen den Erreger gerichtete Abwehr verhindern. Die Forscher konnten zeigen, dass sich durch Übertragung von Protein oder Boten-RNA (mRNA, messenger RNA) des Erregers auf Immunzellen die Immunantwort in Richtung einer aktiven Erregerabwehr verschieben lässt. Dies könnte für die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs bedeutsam sein. Darüber berichtet PLOS Pathogens in seiner Online-Ausgabe vom 25.05.2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist ein Bakterium, das bei weit über der Hälfte der Erwachsenen Haut und Schleimhäute besiedelt und dabei normalerweise keine...

Im Focus: Can the immune system be boosted against Staphylococcus aureus by delivery of messenger RNA?

Staphylococcus aureus is a feared pathogen (MRSA, multi-resistant S. aureus) due to frequent resistances against many antibiotics, especially in hospital infections. Researchers at the Paul-Ehrlich-Institut have identified immunological processes that prevent a successful immune response directed against the pathogenic agent. The delivery of bacterial proteins with RNA adjuvant or messenger RNA (mRNA) into immune cells allows the re-direction of the immune response towards an active defense against S. aureus. This could be of significant importance for the development of an effective vaccine. PLOS Pathogens has published these research results online on 25 May 2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a bacterium that colonizes by far more than half of the skin and the mucosa of adults, usually without causing infections....

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Lebensdauer alternder Brücken - prüfen und vorausschauen

29.05.2017 | Veranstaltungen

49. eucen-Konferenz zum Thema Lebenslanges Lernen an Universitäten

29.05.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz an der Schnittstelle von Literatur, Kultur und Wirtschaft

29.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Intelligente Sensoren mit System

29.05.2017 | Messenachrichten

Geckos kommunizieren überraschend flexibel

29.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

1,5 Millionen Euro für vier neue „Innovative Training Networks” an der Universität Hamburg

29.05.2017 | Förderungen Preise