Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Schwarze Löcher als Teilchendetektoren

18.06.2012
Bisher unentdeckte Elementarteilchen könnten sich um schwarze Löcher anlagern und sich dadurch zu erkennen geben, sagen Berechnungen der TU Wien.

Wer neue Teilchen finden will, braucht normalerweise viel Energie – deshalb baut man Beschleuniger, in denen Teilchen fast mit Lichtgeschwindigkeit zur Kollision gebracht werden.


Artist's impression of a black hole, surrounded by axions. F. Aigner / TU Wien

Mit der nötigen Kreativität könnte es allerdings auch anders klappen: An der TU Wien wurde nun eine Methode vorgestellt, wie man die Existenz von hypothetischen „Axionen“ nachweisen könnte.

Rund um ein schwarzes Loch könnten sich solche Axionen versammeln und ihm Energie entziehen – und dieser Vorgang könnte Gravitationswellen aussenden, die man messen könnte.

Axionen sind hypothetische Elementarteilchen mit sehr geringer Masse. Weil sich nach Einstein die Masse direkt in Energie umrechnen lässt, wird auch nicht viel Energie benötigt, um Axionen entstehen zu lassen. „Die Existenz von Axionen ist nicht bewiesen, gilt aber als durchaus wahrscheinlich“, sagt Daniel Grumiller. Gemeinsam mit Gabriela Mocanu berechnete er am Institut für Theoretische Physik, wie man Axionen nachweisen könnte.

Astronomisch große Elementarteilchen

Die Quantenphysik sagt, dass jedes Teilchen eine Welle ist. Die Wellenlänge hängt von der Energie des Teilchens ab. Schwere Teilchen haben winzig kleine Wellenlängen, doch die niederenergetischen Axionen könnten durchaus Wellenlängen von vielen Kilometern Länge haben. Die Ergebnisse von Grumiller und Mocanu, basierend auf einer Arbeit von Asmina Arvanitaki und Sergei Dubovsky (USA/Russland), zeigen, dass sich die Axionen rund um ein schwarzes Loch anlagern könnten, ähnlich wie Elektronen rund um einen Atomkern. Anstelle der elektromagnetischen Kraft, die Elektronen und Atomkern aneinander bindet, wirkt zwischen Axionen und dem schwarzen Loch die Gravitation.

Die Bosonen-Wolke

Einen ganz entscheidenden Unterschied gibt es allerdings zwischen den Elektronen im Atom und den Axionen rund um das schwarze Loch: Elektronen gehören zur Gruppe der Fermionen, das bedeutet, dass sich niemals zwei von ihnen im selben Zustand befinden können. Axionen hingegen sind Bosonen – daher können sich viele von ihnen gleichzeitig im selben Quanten-Zustand befinden. Als „Bosonen-Wolke“ umgeben sie gemeinsam das schwarze Loch. Die Bosonen-Wolke entzieht dem schwarzen Loch kontinuierlich Energie, die Teilchenzahl in der Wolke nimmt laufend zu.

Plötzlicher Kollaps

Diese Bosonen-Wolke muss allerdings nicht stabil sein: „Ähnlich wie ein locker aufgehäufter Sandhaufen, der plötzlich abrutschen kann, wenn man noch ein Sandkörnchen hinzugibt, kann diese Bose-Wolke plötzlich kollabieren“, erklärt Daniel Grumiller. Das Spannende daran: Ein solcher Kollaps, eine sogenannte „Bose-Nova“ könnte man messen: Dieses Ereignis würde Raum und Zeit zum schwingen bringen und Gravitations-Wellen ausstrahlen. Detektoren für Gravitationswellen sind bereits in Betrieb, werden aber erst ab ca. 2016 sensitiv genug sein um Gravitationswellen einwandfrei nachweisen zu können. Die neuen Berechnungen zeigen, dass diese Gravitationswellenexperimenten nicht nur neue Information über Astronomie sondern auch über neue Teilchensorten liefern könnten.

Die Forschung von Daniel Grumillers START-Gruppe zum Thema "Schwarze Löcher" wird von dem Wissenschaftsfonds (FWF) seit 2009 finanziert.

Rückfragehinweis:
Dr. Daniel Grumiller
Institut für Theoretische Physik
Technische Universität Wien
Wiedner Hauptstraße 8, 1040 Wien
T: +43-1-58801-13634
daniel.grumiller@tuwien.ac.at

Dr. Florian Aigner | Technische Universität Wien
Weitere Informationen:
http://www.tuwien.ac.at
http://arxiv.org/abs/1110.0502
http://prd.aps.org/abstract/PRD/v85/i10/e105022

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Im Neptun regnet es Diamanten: Forscherteam enthüllt Innenleben kosmischer Eisgiganten
21.08.2017 | Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

nachricht Ein Hauch von Galaxien im Zentrum eines gigantischen Galaxienhaufens
21.08.2017 | Universität Heidelberg

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: Topologische Quantenzustände einfach aufspüren

Durch gezieltes Aufheizen von Quantenmaterie können exotische Materiezustände aufgespürt werden. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommen Theoretische Physiker um Nathan Goldman (Brüssel) und Peter Zoller (Innsbruck) in einer aktuellen Arbeit im Fachmagazin Science Advances. Sie liefern damit ein universell einsetzbares Werkzeug für die Suche nach topologischen Quantenzuständen.

In der Physik existieren gewisse Größen nur als ganzzahlige Vielfache elementarer und unteilbarer Bestandteile. Wie das antike Konzept des Atoms bezeugt, ist...

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

International führende Informatiker in Paderborn

21.08.2017 | Veranstaltungen

Wissenschaftliche Grundlagen für eine erfolgreiche Klimapolitik

21.08.2017 | Veranstaltungen

DGI-Forum in Wittenberg: Fake News und Stimmungsmache im Netz

21.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Im Neptun regnet es Diamanten: Forscherteam enthüllt Innenleben kosmischer Eisgiganten

21.08.2017 | Physik Astronomie

Ein Holodeck für Fliegen, Fische und Mäuse

21.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Institut für Lufttransportsysteme der TUHH nimmt neuen Cockpitsimulator in Betrieb

21.08.2017 | Verkehr Logistik