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 MAIUS-1 – erste Experimente mit ultrakalten Atomen im All
24.01.2017 | Leibniz Universität Hannover

nachricht European XFEL: Forscher können erste Vorschläge für Experimente einreichen
24.01.2017 | European XFEL GmbH

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: Scientists spin artificial silk from whey protein

X-ray study throws light on key process for production

A Swedish-German team of researchers has cleared up a key process for the artificial production of silk. With the help of the intense X-rays from DESY's...

Im Focus: Forscher spinnen künstliche Seide aus Kuhmolke

Ein schwedisch-deutsches Forscherteam hat bei DESY einen zentralen Prozess für die künstliche Produktion von Seide entschlüsselt. Mit Hilfe von intensivem Röntgenlicht konnten die Wissenschaftler beobachten, wie sich kleine Proteinstückchen – sogenannte Fibrillen – zu einem Faden verhaken. Dabei zeigte sich, dass die längsten Proteinfibrillen überraschenderweise als Ausgangsmaterial schlechter geeignet sind als Proteinfibrillen minderer Qualität. Das Team um Dr. Christofer Lendel und Dr. Fredrik Lundell von der Königlich-Technischen Hochschule (KTH) Stockholm stellt seine Ergebnisse in den „Proceedings“ der US-Akademie der Wissenschaften vor.

Seide ist ein begehrtes Material mit vielen erstaunlichen Eigenschaften: Sie ist ultraleicht, belastbarer als manches Metall und kann extrem elastisch sein....

Im Focus: Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

An Bord einer Höhenforschungsrakete wurde erstmals im Weltraum eine Wolke ultrakalter Atome erzeugt. Damit gelang der MAIUS-Mission der Nachweis, dass quantenoptische Sensoren auch in rauen Umgebungen wie dem Weltraum eingesetzt werden können – eine Voraussetzung, um fundamentale Fragen der Wissenschaft beantworten zu können und ein Innovationstreiber für alltägliche Anwendungen.

Gemäß dem Einstein’schen Äquivalenzprinzip werden alle Körper, unabhängig von ihren sonstigen Eigenschaften, gleich stark durch die Gravitationskraft...

Im Focus: Quantum optical sensor for the first time tested in space – with a laser system from Berlin

For the first time ever, a cloud of ultra-cold atoms has been successfully created in space on board of a sounding rocket. The MAIUS mission demonstrates that quantum optical sensors can be operated even in harsh environments like space – a prerequi-site for finding answers to the most challenging questions of fundamental physics and an important innovation driver for everyday applications.

According to Albert Einstein's Equivalence Principle, all bodies are accelerated at the same rate by the Earth's gravity, regardless of their properties. This...

Im Focus: Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum - einzellige Urform des Sehens

Am 24. Januar 1917 stach Heinrich Klebahn mit einer Nadel in den verfärbten Belag eines gesalzenen Seefischs, übertrug ihn auf festen Nährboden – und entdeckte einige Wochen später rote Kolonien eines "Salzbakteriums". Heute heißt es Halobacterium salinarum und ist genau 100 Jahre später Mikrobe des Jahres 2017, gekürt von der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM). Halobacterium salinarum zählt zu den Archaeen, dem Reich von Mikroben, die zwar Bakterien ähneln, aber tatsächlich enger verwandt mit Pflanzen und Tieren sind.

Rot und salzig
Archaeen sind häufig an außergewöhnliche Lebensräume angepasst, beispielsweise heiße Quellen, extrem saure Gewässer oder – wie H. salinarum – an...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Neuer Algorithmus in der Künstlichen Intelligenz

24.01.2017 | Veranstaltungen

Gehirn und Immunsystem beim Schlaganfall – Neueste Erkenntnisse zur Interaktion zweier Supersysteme

24.01.2017 | Veranstaltungen

Hybride Eisschutzsysteme – Lösungen für eine sichere und nachhaltige Luftfahrt

23.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Im Interview mit Harald Holzer, Geschäftsführer der vitaliberty GmbH

24.01.2017 | Unternehmensmeldung

MAIUS-1 – erste Experimente mit ultrakalten Atomen im All

24.01.2017 | Physik Astronomie

European XFEL: Forscher können erste Vorschläge für Experimente einreichen

24.01.2017 | Physik Astronomie