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Spektakuläres Forschungsergebnis: Eigenschaften Dunkler Materieteilchen vorhergesagt

03.11.2016

Eine deutsch-ungarische Forschergruppe unter Federführung der Bergischen Universität Wuppertal und des Forschungszentrums Jülich hat ein spektakuläres Ergebnis in der international renommierten Zeitschrift Nature publiziert. Mit der Hilfe von Gitter QCD-Rechnungen konnte die Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Zoltán Fodor, Physiker an der Bergischen Universität Wuppertal und dem Forschungszentrum Jülich, wesentliche Erkenntnisse zum Verständnis des frühen Universums und vor allem zur sogenannten Dunklen Materie beitragen.

Nach derzeitigem Verständnis sind nur etwa 15 Prozent der Materie des Universums sichtbar, der Rest ist dunkel: Das heißt, er hat im Grunde genommen keine Wechselwirkung mit dem Licht oder den bereits bekannten Teilchen des Universums. Weltweit werden seit einigen Jahren große Anstrengungen unternommen, um die Dunkle Materie in Experimenten nachzuweisen.

Einer der attraktivsten Lösungsvorschläge für dieses Rätsel heißt „Axion". Es handelt sich hierbei um ein hypothetisches Teilchen, welches das gesamte Universum erfüllen könnte. Der Anteil der Dunklen Materie an der Gesamtmasse des Universums ist bereits seit längerem aus astrophysikalischen Beobachtungen bekannt.

Um das hypothetische Axion aber experimentell nachweisen zu können, ist es erforderlich, auch seine Masse – zumindest in gewissen Grenzen – zu kennen. Sie ist nach theoretischen Überlegungen proportional zu der Häufigkeit mit der sich die topologische Quantenzahl des frühen Universums ändert. Dem Forscherteam gelang es in groß angelegten Computerberechnungen nun erstmals, die Rolle von Axionen bei der Entwicklung des frühen Universums zu klären.

Ein besonders wichtiges Ergebnis hierbei ist die erstmalige Bestimmung der Masse des Axions. Diese Information können zukünftige Experimente nutzen, um präzise und fokussiert nach Axionen zu suchen. Entsprechende experimentelle Vorschläge für diesen bislang weitgehend unerforschten Massenbereich wurden ebenfalls ausgearbeitet und in der Publikation ebenfalls skizziert.

„Es ist davon auszugehen, dass die vorgelegten Ergebnisse zu einem Wettlauf um die Entdeckung dieser Teilchen führen werden“, so Prof. Fodor. Ihre Entdeckung würde nicht nur das Problem der Dunklen Materie des Universums lösen, sondern gleichzeitig die Frage beantworten, warum die starke Wechselwirkung so überraschend symmetrisch ist.

Das Editorial Board der Fachzeitschrift Nature wählt in jeder Ausgabe einige wenige Artikel, die für die weitere Entwicklung eines wissenschaftlichen Feldes besonders wichtig sind, für eine Würdigung (News and Views) aus. „Wir freuen uns sehr, dass unsere Arbeit diese spezielle Auszeichnung erfahren hat“, sagt Prof. Fodor im Namen aller Autoren.

Neben Prof. Fodor gehören zu dem Wuppertaler Forscherteam die Physiker Dr. Szabolcs Borsányi, Dipl-Phys. Jana Günther, Prof. Dr. Karl-Heinz Kampert, Dr. Attila Pasztor und Prof. Dr. Kalman Szabo.

Originalveröffentlichung:
"Calculation of the axion mass based on hightemperature lattice quantum chromodynamics" by S. Borsanyi, Z. Fodor, J. Gunther, K.-H. Kampert, S. D. Katz, T. Kawanai, T. G. Kovacs, S. W. Mages, A. Pasztor, F. Pittler, J. Redondo, A. Ringwald, K. K. Szabo
DOI: 10.1038/nature20115

http://www.nature.com

Kontakt:
Bergische Universität Wuppertal
Fakultät für Mathematik und Naturwissenschaften
Prof. Dr. Zoltán Fodor, Telefon 0202/439-2614, fodor@physik.uni-wuppertal.de
Prof. Dr. Kalman Szabo, Telefon 0202/439-26018, szaboka@general.elte.hu
Prof. Dr. Karl-Heinz Kampert, Telefon 0202/439-2856, kampert@uni-wuppertal.de

DESY
Dr. Andreas Ringwald, Telefon 040/8998-2093, andreas.ringwald@desy.de

Dr. Maren Wagner | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-wuppertal.de

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