Schlagwort: Elementarteilchen

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Hinweise auf Higgs vom Large Hadron Collider

Das Bild zeigt den Blick in eine riesige Maschine mit Rohren und einem runden Objekt am Ende der Öffnung. Unten steht eine Person, sie ist kaum größer als eines der Rohre, die in die Öffnung hinein ragen.

Credit und Bildrechte: Maximilien Brice, CERN

Warum besitzen Objekte Masse? Um das herauszufinden, wurde am europäischen CERN der Large Hadron Collider (LHC) gebaut. Er ist mächtigste Teilchenbeschleuniger, der je von Menschen geschaffen wurde.

Seit 2008 lässt der LHC mit noch nie dagewesener Aufprallgeschwindigkeit Protonen gegeneinander prallen. Der LHC erforscht die führende Erklärung, die besagt, dass die Masse von einfachen Teilchen entsteht, indem sich diese durch ein unsichtbares, überall vorhandenes Feld virtueller Higgs-Teilchen kämpfen. Wenn Teilchen, die mit hoher Energie kollidieren, real existierende Higgs-Bosonen erzeugten, würde das den Higgs-Mechanismus der Entstehung von Masse stützen.

Letzte Woche meldeten zwei LHC-Gruppen erste Hinweise, dass das Higgs-Boson mit einer Masse von etwa 120 GeV existieren könnte. Daten von den LHC-Kollisionen werden auch nach Mikro-Schwarzen Löchern und magnetischen Monopolen durchsucht. Außerdem wird die Möglichkeit geprüft, dass jedes bekannte Elementarteilchen ein fast unsichtbares, supersymmetrisches Gegenstück besitzt.

Ihr könnt helfen: Mit dem Projekt LHC@Home kann jeder PC in den archivierten LHC-Daten nach seltsamen Ungeheuern suchen. Das unterstützt die Forschenden am LHC. Oben steht eine Person vor dem gewaltigen ATLAS-Detektor. Er ist einer von sechs Detektoren am LHC.

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Polarlicht-Teilsturm über Yellowknife

Nebeneinander sind drei Kreise angeordnet, jeder zeigt den ganzen Himmel voller grüner Polarlichter, die auf jedem Kreis anders aussehen.

Bildcredit und Bildrechte: Kwon, O Chul (TWAN)

Beschreibung: Intensive Polarlichter überfluteten am 24. Februar die Nacht mit schimmernden Farben. Die Aufnahmen der Polarlichter wurden bei einer Hütte in der Nähe von Yellowknife im Norden von Kanada aufgenommen. Die malerische Bildfolge aus drei Ganzhimmelsaufnahmen wurde von links nach rechts in 30-Sekunden-Abständen fotografiert. Sie zeigt die raschen Veränderungen der tanzenden Schleier aus Nordlichtern am Sternenhimmel.

Warum tanzen die Nordlichter? Messungen der NASA-Raumsonden THEMIS lassen vermuten, dass diese Explosionen an Polarlichtaktivität durch plötzlich freigesetzte Energie in der irdischen Magnetosphäre ausgelöst werden. Diese werden als magnetische Rekonnexion bezeichnet. Die Rekonnexionen entladen Energie, wenn Magnetfeldlinien wie Gummibänder schnappen und geladene Teilchen in die obere Atmosphäre schleudern. Diese Rekonnexionen reichen bis in den Weltraum hinaus. Sie ereignen sich in der Magnetosphäre auf der Nachtseite der Erde in einer Distanz von etwa einem Drittel der Entfernung zwischen Erde und Mond.

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Eisfischen nach kosmischen Neutrinos

Das Bild zeigt den Blick in ein Bohrloch, in dessen Mitte eine lange Stange verschwindet. Das Schmelzloch führt tief ins Eis und ist oben mit silbrig reflektierendem Material verkleidet.

Credit: NSF / B. Gudbjartsson, IceCube-Zusammenarbeit

Beschreibung: Forschende schmelzen Löcher in das Eis am unteren Ende der Welt. Fast 100 Löcher wurden beim Südpol geschmolzen. Sie dienen nun als astronomische Observatorien. Astronom*innenen versenkten für das IceCube-Neutrino-Observatorium einen langen Strang in jeden der tiefen, senkrechten Seen, der mit Lichtdetektoren verknotet ist. Die Detektoren sind so groß wie Basketbälle. Das Wasser in jedem Loch gefriert bald darauf wieder.

Die Detektoren an den Strängen messen blaues Licht, das im klaren Eis der Umgebung aufleuchten kann. Das Licht wird erwartet, wenn energiereiche Neutrinos von Objekten oder Explosionen draußen im Universum mit dem Eis kollidieren.

Oben wurde Ende des letzten Jahres der letzte von 86 Strängen von IceCube in den gefrierenden Abgrund versenkt. Damit ist IceCube nun der größte Neutrinodetektor, der je gebaut wurde. Aus Daten des früheren Experiments AMANDA wurde bereits die erste detailreiche Karte des sehr energiereichen Neutrinohimmels erstellt.

Zu den Zielen des neueren IceCube-Experiments gehört die Suche nach kosmischen Neutrinoquellen, weiters die Suche nach Neutrinos, die zeitgleich mit nahe gelegenen Supernovae und fernen Gammablitzen auftreten, und schließlich – mit viel Glück – ein Einblick in exotische physikalische Konzepte wie unsichtbare Raumdimensionen und Reisen mit Überlichtgeschwindigkeit.

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Polarlichter über Norwegen

Über einem See mit Steinen am Ufer baut sich ein gewaltiges Polarlicht aus grünen und purpurfarbenen Schlieren auf.

Credit und Bildrechte: Ole Christian Salomonsen

Beschreibung: Polarlichter können ein spektakulärer Anblick sein. Fließende, farbenprächtige Polarlichter beleuchteten einen lebhaften Himmel über Tromsø in Norwegen, wie das Bild oben vom letzten Wochenende zeigt. Außer spektakulären Polarlichtern dokumentierte der Fotograf drei Satelliten, eine Flugzeugspur und einen Freund, der versuchte, dieselbe Ansicht zu fotografieren.

Polarlichter wirken anfangs wie mondbeleuchtete Wolken, doch die fügen nur Licht zum Himmel hinzu statt Hintergrundsterne auszublenden. Polarlichter werden auf der Nordhalbkugel als Nordlichter bezeichnet. Sie entstehen durch Kollisionen zwischen geladenen Teilchen aus der Magnetosphäre und Luftmolekülen in der oberen Erdatmosphäre.

Vom Weltall aus betrachtet können Polarlichter auch Röntgenbereich sowie im ultravioletten Licht leuchten. Manchmal treten Polarlichter ein paar Tage nach mächtigen Magnetereignissen auf der Sonne auf.

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Pauli-Prinzip: Warum wir nicht implodieren

Im Bild sind zwei Spalten, links Bosonen, rechts Fermionen, darunter sind drei unterschiedlich große linsenförmige Farbflecken, die am Rand bläulich, nach innen hin gelblich und in der Mitte rot schimmern. Die Temperatur ist oben am höchsten und unten am niedrigsten. Oben sind die breitesten Farbflecken, unten die schmalen, wobei unten die Bosoonen-Linse viel kleiner ist als die Fermionen-Linse.

Credit und Bildrechte: Andrew Truscott und Randall Hulet (Rice U.)

Beschreibung: Warum klumpt Materie nicht? Das gleiche Prinzip, das den Kollaps von Neutronensternen und Weißen Zwergen verhindert, bewahrt auch Menschen vor der Implosion und macht gewöhnliche Materie zum fast leeren Raum.

Der Grund dafür, den man beobachten konnte, ist das paulische Ausschlussprinzip. Dieses Prinzip besagt, dass identische Fermionen – eine Art Elementarteilchen – bei gleicher Ausrichtung nicht zur selben Zeit am selben Ort sein können. Die andere Art von Materie – Bosonen – haben diese Eigenschaft nicht, wie durch in jüngster Zeit erzeugte Bose-Einstein-Kondensate gezeigt werden konnte.

Zu Beginn dieses Jahrzehnts wurde das paulische Ausschlussprinzip im Bild oben in Form von Wolken zweier Lithiumisotope graphisch dargestellt. Die linke Wolke enthält Bosonen, während die rechte Wolke aus Fermionen besteht. Wenn die Temperatur fällt, bündeln sich die Bosonen, während die Fermionen auf Distanz bleiben.

Der Grund für das paulische Ausschlussprinzip und die physikalischen Grenzen des Prinzips sind nach wie vor unbekannt.

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Dämmerung am Large Hadron Collider

Siehe Beschreibung. Ein Klick auf das Bild liefert die höchste verfügbare Auflösung.

Credit und Bildrechte: Maximilien Brice, CERN

Beschreibung: Warum haben Objekte Masse? Um das herauszufinden, baute die europäische CERN den Large Hadron Collider (LHC), den größten Teilchenbeschleuniger, der je von Menschen gebaut wurde. Im Mai soll der LHC damit beginnen, Protonen mit noch nie dagewesener Einschlaggeschwindigkeit gegeneinander zu schmettern. Der LHC wird die vorherrschende Meinung untersuchen, wonach Masse aus gewöhnlichen Teilchen entsteht, die sich durch ein unsichtbares, aber alles durchdringendes Feld aus virtuellen Higgs-Teilchen bewegen. Falls sehr energiereiche kollidierende Teilchen echte Higgs-Bosonen erzeugten, würde das den Higgs-Mechanismus für die Entstehung von Masse untermauern. Der LHC wird also nach mikroskopischen Schwarzen Löchern und magnetischen Monopolen suchen sowie die Möglichkeit prüfen, ob jede Art von Elementarteilchen, die wir kennen, einen beinahe unsichtbaren supersymmetrischen Gegenpart hat. Das LHC@Home-Projekt wird jedem, der einen Computer besitzt, ermöglichen, den Wissenschaftlern des LHC beim Durchsuchen der archivierten LHC-Daten nach diesen seltsamen Biestern zu suchen. Oben ist eine Person vor dem riesigen ATLAS-Detektor abgebildet, einem von sechs Detektoren, die an den LHC angeschlossen sind.

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