Anonim
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Seit mehr als dreißig Jahren beschreiben Physiker die Grundbausteine ​​des Universums mit einem aufgeräumten Framework, dem Standardmodell. Dieses Modell behauptet, dass alles, was wir sehen, aus Protonen, Neutronen und Elektronen besteht, die wiederum Kombinationen aus einem Dutzend Elementarteilchen sind, die Quarks und Leptonen genannt werden. Vier Kräfte binden die Bits zusammen: Elektromagnetismus, starke und schwache Kernkräfte und die geringste Schwerkraft.

Das Ergebnis ist das Leben selbst, das von Atomen bis zur brillanten Energie der Sterne reicht. Das Standardmodell lief gut und konnte die komplexen Wechselwirkungen von subatomaren Partikeln gut (und ziemlich genau) vorhersagen.

Jüngst jedoch deuten die aus den Tiefen des Weltraums gesammelten Daten darauf hin, dass das Standardmodell nunmehr minderwertig geworden ist. Neil Calder, Kommunikationsdirektor am Linear Accelerator Center (SLAC) der Stanford University in Palo Alto, Kalifornien, sagt zum Weckruf der Astronomie: "Physiker haben eine Ohrfeige bekommen. Jetzt sind wir wieder auf der Bühne der Höhlenmenschen."

Während die Physiker sich als Paläolithiker fühlten, mussten sie sich die Folgen des Urknalls, der Katastrophe, die am ehesten übereinstimmt, genauer ansehen und das Universum erschaffen. Das Standardmodell besagt, dass für jedes Materieteilchen ein entsprechendes negatives Teilchen existiert, das als Antimaterie bezeichnet wird. Als sich das Universum bildete, hätte der kosmische Kampf zwischen diesen beiden Formen in völliger Vernichtung enden müssen. Aber die Materie hat gesiegt: Alles, was wir sehen, einschließlich der Sterne, ist daraus gemacht.

Das Problem für das Standardmodell ist, dass nur etwa 4 Prozent dessen, was das Universum ausmacht, sichtbar sind. der rest ist unsichtbar. Wissenschaftler vermuten, dass fast drei Viertel der gesamten Energie dunkle Energie ist, eine mysteriöse Substanz, die das durch den Urknall verursachte galaktische Feuerwerk weiter beschleunigt. Die restlichen 25 Prozent sind dunkle Materie. Ohne dunkle Materie würde die Schwerkraft nicht ausreichen, um zu verhindern, dass schnell rotierende Galaxien auseinander fliegen. Doch niemand weiß, was dunkle Materie ist, wie sie funktioniert oder warum sichtbare Materie die Szene dominiert.

Es ist genug, um einen starken Juckreiz an einem prognathischen Kinn zu verursachen.

Wie sichtbare Materie kann auch dunkle Materie aus Partikeln bestehen. Derzeit ist der Hauptverdächtige ein WIMP, eine Abkürzung für "schwach wechselwirkende massive Partikel". Bisher wird das WIMP eher abgeleitet als eingefangen und untersucht - wie ein anderes schwer einzufangendes Partikel, das Neutrino, können WIMPs durch Materie hindurchtreten, ohne mit anderen Partikeln in Wechselwirkung zu treten. Die Forscher von Stanford konnten kürzlich die Dunkle Materie nachweisen, indem sie die Teilchengeschwindigkeit gemessen haben, während zwei entfernte Galaxienhaufen durcheinander liefen.

Die Physiker hoffen jedoch, dass eine neue Generation von Supercollidern, die in der Lage ist, Protonen mit Lichtgeschwindigkeit zusammenzuschlagen, das ursprüngliche Chaos des Urknalls so genau nachbilden wird, dass sie Beweise für WIMPs aufdecken. Die Energie der Kollision wird mit der Summe der Energie jedes Partikels verglichen, das danach zerstreut wird. Dann hilft das Grundgesetz der Energieerhaltung, die Existenz von WIMPs zu beweisen. Wenn Energie fehlt und kein entsprechendes Partikel vorhanden ist, sollte dies auf die Anwesenheit des schwer fassbaren WIMP hinweisen.

Ein WIMP definitiver zu finden, wird eine enorme Herausforderung sein. JoAnne Hewett, Teilchenphysikerin bei SLAC, erklärt, dass WIMPs über die schwache Kraft mit anderen Teilchen interagieren, was bedeutet, dass Hektar exotischer Metalle sie nicht erkennen können - und Physiker bauen Schwermetalldetektoren, die größer sind als Fußballfelder. Das WIMP scheint eine gute / schlechte Nachricht zu sein. Die gute Nachricht ist, sagt Hewett, dass "wir glauben, dass sie stabil sind, denn wenn sie verfallen, hätten wir nicht die Fülle dunkler Materie im Universum." Die schlechte Nachricht für die Suche ist, so Hewett, dass WIMPs auch neutral sind und keine elektrische Ladung tragen. "Wenn WIMPs geladen wären, würden sie mit Photonen interagieren und wir könnten sie als sichtbares Licht sehen", sagt sie.

Nicht alle sind mit dieser Einschätzung einverstanden. Jonathan Feng, Professor für Physik und Astronomie an der University of California in Irvine, sagt voraus, dass eine ausreichend große Kollision zeigen könnte, dass WIMPs nicht nur zerfallen, sondern auch eine Ladung tragen. Stattdessen könnte dunkle Materie aus ladungsneutralen SuperWIMPs bestehen, dem zerfallenen Produkt von WIMPs. Wenn WIMPs tatsächlich geladen sind, stellt sich Feng sie als "Elektronen auf Steroiden" vor, massive Entitäten, die auf den Detektoren Schnickschnack auslösen könnten.