Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden einige der wichtigsten offenen Fragen der Teilchenphysik und Kosmologie vorgestellt, die Inspiration für die theoretische Forschung liefern und von Experimenten am Large Hadron Collider beantwortet werden könnten. Es ist beispielsweise noch unbekannt, durch welchen Mechanismus die Massen der Neutrinos entstehen, und wie groß sie genau sind. Es gibt offenbar mehr Dunkle Materie als herkömmliche Materie im Universum. Woher wissen wir das, und wie könnte man diese Materieform an Beschleunigern entdecken? Welche Probleme tauchen auf, wenn man die Gravitation und die Quantentheorie vereinigen will, und welche Konsequenzen hat das für die Dunkle Energie und das Higgs-Boson? Ist das Universum stabil oder könnte es sich schlagartig selbst zerstören?
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Notes
- 1.
Sie dürfen sich die Dunkle Materie also nicht wie eine der herkömmlichen Materie ähnliche Parallelwelt aus Planeten oder anderen festen Körpern vorstellen – das wäre zwar eine sehr poetische Vorstellung, ist aber nicht mit den Beobachtungen vereinbar.
- 2.
Räumliche „Flachheit“ ist ein technischer Begriff aus der Differenzialgeometrie und lässt sich daran festmachen, dass zwei parallele Lichtstrahlen ihren Abstand halten. Ein räumlich gekrümmtes Universum hingegen würde wie eine riesige Linse wirken, durch die die Strukturen des kosmischen Mikrowellenhintergrundes im Vergleich zu ihrer berechneten Form vergrößert oder verkleinert aussähen. Dies ist aber nicht der Fall.
- 3.
Die technische Begründung dafür ist, dass kein sogenannter Phasenübergang erster Ordnung vorliegt. Wie so etwas aussehen würde, werden wir in einem etwas anderen Kontext in Abschn. 3.6 betrachten.
- 4.
Möglicherweise war das Higgs-Feld selbst die treibende Kraft hinter der Inflation. Das Standardmodell allein reicht dafür aber nicht aus, und ob die einschlägigen theoretischen Erweiterungen wirklich funktionieren, wird noch diskutiert.
- 5.
Diese Parameter steuern die 6 Quark-Massen, 3 Lepton-Massen, die Higgs-Masse und den Wert des Higgs-Feldes, die 3 Kopplungsstärken der elektro-schwachen und starken Wechselwirkung, drei Quark-Mischungsparameter sowie die Verletzung der CP-Symmetrie in der schwachen und der starken Wechselwirkung. Letztere ist bisher unmessbar klein.
- 6.
Es bedarf allerdings oft sehr großer Anstrengungen, diese den Gleichungen der Theorie abzuringen. Dabei hängen glücklicherweise nicht alle Vorhersagen der Theorie gleich stark von allen Parametern ab, und viele sogar nur von wenigen – so konnte das Standardmodell beispielsweise bereits für viele präzise Vorhersagen verwendet werden, bevor die Masse des Higgs-Bosons genau bekannt war, da diese vielerorts nur schwach eingeht.
- 7.
Bei einer Feineinstellung von einem Prozent spricht man oft von einer Einstellung auf zwei Stellen nach dem Komma genau, da ein Prozent dem Unterschied zwischen 1,00 und 1,01 entspricht, also einer relativen Änderung in der zweiten Stelle nach dem Komma.
- 8.
In gewissen Grenzen unterliegt die Dunkle Energie auch sog. anthropischen Beschränkungen: Wäre sie viel größer oder viel kleiner, würde möglicherweise so etwas wie Leben nicht entstehen können. Vielleicht muss ein Universum, das Beobachter enthält, zwangsläufig „fein eingestellt“ aussehen. Diese Fragen führen aber etwas zu weit von der Physik weg.
- 9.
In diesem Vergleich sind aber Temperatur und Druck nicht wörtlich zu übertragen sondern stehen für andere Größen wie etwa die Top- und Higgs-Masse.
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Knochel, A. (2016). Offene Fragen. In: Neustart des LHC: neue Physik. essentials. Springer Spektrum, Wiesbaden. https://doi.org/10.1007/978-3-658-13907-0_3
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DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-658-13907-0_3
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Publisher Name: Springer Spektrum, Wiesbaden
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