Niemand weiß es mit Sicherheit, aber es ist keineswegs unwahrscheinlich, dass das Universum auf eine ganz andere Weise aufgebaut ist, als die heute gängigen Theorien und Modelle vorhersagen. Die meisten heutzutage verwendeten Modelle können nicht Alles im Universum erklären und deswegen müssen die Bereiche der Natur erforscht werden, die die Modelle nicht erklären können. Dieser Forschungsbereich wird als „neue Physik“ bezeichnet und stellt unser Wissen über das Universum auf den Kopf. Eine neue Forschungsarbeit macht die Suche nach neuer Physik jetzt leichter.
„Neue Physik dreht sich um die Suche nach unbekannten physikalischen Phänomenen, die aus den derzeitigen Modellen des Universums nicht ersichtlich sind. Solche Phänomene selbst sind sehr schwer zu entdecken“, erklärte der Doktorand Matin Mojaza vom Centre for Cosmology and Particle Physics Phenomenology (CP3-Origins). Zusammen mit seinen Kollegen Stanley J. Brodsky von der Stanford University in den Vereinigten Staaten und Xing-Gang Wu von der Chongqing University in China hat Mojaza es jetzt geschafft, eine neue Methode zu entwickeln, welche die Suche nach neuer Physik im Universum vereinfachen kann. Die Methode ist eine sogenannte Scale-Setting-Prozedur und füllt einige sehr wichtige Lücken in den Theorien, Modellen und Simulationen, welche heute die Basis für die gesamte Teilchenphysik bilden.
„Mit dieser Methode können wir einen Großteil der Unsicherheit in den heutigen Theorien und Modellen eliminieren“, sagte Matin Mojaza. Viele Theorien und Modelle der Teilchenphysik haben das Problem, dass sie zusammen mit ihren Vorhersagen einige Parameter liefern, von denen die Wissenschaftler nicht wissen, wie sie sie festlegen sollen.
„Physiker wissen nicht, welche Werte sie diesen Parametern geben sollen. Wenn wir beispielsweise das Standardmodell betrachten und diese unbekannten Parameter sehen, können wir nicht wissen, ob sie als Bedingungen interpretiert werden sollen, die das Standardmodell untermauern oder ihm widersprechen. Das macht es recht schwierig, das Standardmodell genau genug zu untersuchen, um diesen Wert festzustellen“, erklärte Matin Mojaza. Mit dem neuen Ansatz können Forscher ihre Modelle jetzt komplett von den unbekannten Parametern bereinigen und damit besser einschätzen, ob eine Theorie oder ein Modell stichhaltig ist.
Das Standardmodell ist seit den letzten rund 50 Jahren die vorherrschende Theorie über den Aufbau des Universums. Dieser Theorie zufolge bilden 16 (mit dem Higgs-Teilchen 17) subatomare Teilchen die Basis für Alles im Universum. Aber das Standardmodell beginnt zu versagen, deswegen ist es jetzt notwendig, nach neuer Physik im Universum zu suchen. Eines der wichtigsten Probleme des Standardmodells ist, dass es die Gravitation nicht erklären kann. Ein anderes ist, dass es die Existenz von Dunkler Materie nicht erklären kann, welche rund 25 Prozent des gesamten Universums ausmacht, wie Forscher vermuten. Außerdem sind die Eigenschaften des kürzlich entdeckten Higgs-Teilchens, wie sie im Standardmodell beschrieben werden, nicht kompatibel mit einem stabilen Universum.
„Ein Teil des Standardmodells ist die Theorie der Quantenchromodynamik und sie ist eines der ersten Dinge, die wir mit unserer neuen Methode überprüfen wollen, so dass wir sie von den Unsicherheiten bereinigen können“, erläuterte Matin Mojaza. Die Theorie der Quantenchromodynamik sagt voraus, wie Quarks (in Protonen und Neutronen) und Gluonen (Teilchen, die die Quarks innerhalb der Protonen und Neutronen an Ort und Stelle halten) miteinander wechselwirken.
Matin und seine chinesischen und US-amerikanischen Kollegen schätzen jetzt, dass es eine Grundlage für die Überprüfung vieler wissenschaftlicher Berechnungen bereitstellen könnte, um die Ergebnisse von Unsicherheiten zu bereinigen und dadurch ein verlässlicheres Bild davon zu erhalten, ob die Ergebnisse die aktuellen Modelle und Theorien unterstützen oder ihnen widersprechen. „Vielleicht finden wir neue Anhaltspunkte für neue Physik, die wir ohne diese neue Methode nicht gefunden hätten“, sagte Matin Mojaza.
Er glaubt, dass das Standardmodell erweitert werden muss, um das Higgs-Teilchen, Dunkle Materie und Gravitation zu erklären. Eine Möglichkeit dafür ist die sogenannte Technicolor-Theorie, eine andere die Theorie der Supersymmetrie. Der Supersymmetrie zufolge hat jedes Teilchen irgendwo im Universum einen Partner – sie wurden allerdings noch nicht gefunden. Die Technicolor-Theorie besagt, dass es eine spezielle „Techni-Kraft“ gibt, die sogenannte „Techni-Quarks“ aneinander bindet, wodurch andere Teilchen entstehen können – vielleicht wird das Higgs-Teilchen so gebildet. Das könnte die Probleme mit dem aktuellen Modell des Higgs-Teilchens erklären.
Auch Rolf-Dieter Heuer, der Direktor des CERN in der Schweiz, wo sich der berühmte, 27 Kilometer lange Teilchenbeschleuniger LHC befindet, glaubt, dass die Suche nach neuer Physik wichtig ist. Laut Heuer kann das Standardmodell nicht die endgültige Theorie sein und ist nur fähig, etwa 35 Prozent des Universums zu beschreiben. Wie CP3-Origins konzentriert sich auch das CERN darauf, alte Theorien zu verwerfen und nach neuer Physik zu suchen – das geschieht 2015, wenn der Beschleuniger wieder in Betrieb geht.
CP3-Origins ist ein Zentrum an der University of Southern Denmark, an dem die Physik jenseits des Standardmodells erforscht wird. Das Zentrum konzentriert sich auf Themen wie Dunkle Materie, die Entstehung von Materie im Universum und das Geheimnis um den Aufbau des Higgs-Teilchens.
Quelle: http://www.sdu.dk/en/Om_SDU/Fakulteterne/Naturvidenskab/Nyheder/2013_03_09
(THK)
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