Skip to content

Vom Teilchenzoo zur Neutrinooszillation – was kommt nach dem Standardmodell der Elementarteilchen?

Obwohl das Standardmodell der Elemen­tar­teil­chen als umfassende Theorie gelehrt wird, ist es noch nicht vollständig. Mit seiner Hilfe wurden viele Teilchen vorhergesagt und Wechselwirkungen gefunden. Im Universum gibt es aber noch einige Phänomene, die sich nicht in die bisherige Form der Theorie integrieren lassen.


Elektron, Proton und Neutron bezeichnete man als Erstes als Elementarteilchen. Ab 1930 wurde die kosmische Strahlung erforscht und so zum Beispiel das Neutrino theoretisch vorhergesagt. Schon kurz nach dem Zweiten Weltkrieg gab es weitere Entdeckungen durch Experimente an Teilchenbeschleunigern.
Aus dem bis 1961 unsortierten Teilchenzoo wurde so bis 1973 das Standardmodell der Elementarteilchen entwickelt. Sämtliche bekannte Materie besteht hiernach aus Fermionen, die wechselwirkenden Kräfte zwischen diesen werden durch masselose Bosonen vermittelt. Fermionen sind zum Beispiel Protonen und Neutronen, sie werden von Bosonen, den Gluonen, zusammengehalten. Was dem Standardmodell bis jetzt noch fehlt, ist eine Erklärung, die den direkten Bezug zwischen einem Materieteilchen (Fermion) und einem Kraftteilchen (Boson) herstellt. Schon 1973 formulierten Forscherinnen und Forscher das theoretische Modell der Supersymmetrie (SUSY). Dieses besagt unter anderem, dass Kraft- in Materieteilchen umgewandelt werden können. Sie postuliert dafür jedem bekannten Teilchen einen supersymmetrischen Partner, dessen Spin sich von seinem Originalteilchen unterscheidet. Es gibt auch Ansätze, das Standardmodell zum „Minimal Super­symmetrischen Standardmodell“ zu erweitern. Am Large Hadron Collider (LHC) in Genf wird überwiegend nach diesem Ansatz an einem Nachweis dieser Teilchen geforscht.
Neben den drei im Standardmodell durch Bosonen vermittelten Wechselwirkungen existiert eine weitere, vierte Kraft, die Gravitation. Deren Wechselwirkungskräfte wurden dort bisher vernachlässigt, weil sie auf mikroskopischer Ebene sehr schwach sind. Außerdem gibt es für ihre hypothetische Kraftteilchen, die Gravitonen, bisher keinen Nachweis. Genauso ungelöst wie die Integration der Gravitation in das Standardmodell ist die Natur der sogenannten „Dunklen Materie“. Auf ihre Existenz kann bisher nur durch ihre Gravitationswirkung auf die Galaxien des sichtbaren Universums geschlossen werden.

Erweitertes Verständnis des Standardmodells

Die Erforschung der Neutrinos ist wichtig für ein erweitertes Verständnis des Standardmodells. Die fünfzig Jahre alte Annahme, Neutrinos seien masselos, wurde 2015 durch die Beobachtung der Neutrinooszillation widerlegt. Mit Wassertank-Detektoren tief unter der Erde konnten Interferenzeffekte zwischen den drei Neutrino-Typen des Standardmodells nachgewiesen werden, die nach den Gesetzen der Physik nur auftreten können, wenn Neutrinos eine Masse haben. Am „Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment“ (KATRIN) wird seit Juni 2018 die genaue Neutrinomasse erforscht.
Eine Erweiterung des Standardmodells ist die Grand Unified Theory. Eine ihrer Hypothesen besagt, dass zum Zeitpunkt des Urknalls von einer einzigen Kraft ausgegangen wird, die sich mit dem Abkühlen in die drei bekannten Wechselwirkungskräfte des Standardmodells aufteilt.
Die Theorie des Standardmodells hat immer noch Bestand, aber sie wird in Zukunft an mögliche neue Entdeckungen von Teilchen oder Wechselwirkungen angepasst werden müssen. Bis dahin bleibt es abzuwarten, welches der derzeit laufenden Experimente zuerst neue Erkenntnisse liefern wird.

Nina Neser, juFORUM e. V.


Weiterführende Informationen

Wissenschaft mit dem LHC

Standardmodell der Elementarteilchen

Teilchenphysik

KATRIN eine Waage für Neutrinos

Beitrag teilen:

Facebook
Twitter
LinkedIn
Pinterest
XING
WhatsApp
Email

Ähnliche Beiträge

Blogbeitrag_Fachkräftemangel
14. Mai, 2024
Obwohl die Digitalisierung ist in den letzten Jahrzehnten viele Bereiche unseres Lebens verändert hat, ist die Integration digitaler Technologien in Bildungseinrichtungen noch nicht so weit fortgeschritten, wie es sich so manche Lehrkraft und so manche Schüler:in wünschen würde. Dabei werden ebendiese Schüler:innen von heute die IT-Fachkräfte von morgen sein.
TED-Talk_Bildung_Header_1920x1080
28. Februar, 2024
Wenn wir uns für ein bestimmtes Thema interessieren und dazu unser Wissen erweitern möchten, ist unsere erste Anlaufstelle oft das Internet, gefolgt von Podcasts, Wissensvideos oder Sachbüchern. TED Talks haben in den vergangenen Jahren in Deutschland zwar sicherlich an Bekanntheit gewonnen, fristen jedoch verglichen mit ihrer Popularität in englischsprachigen Ländern wie den USA oder Großbritannien noch immer ein Schattendasein – das jedoch völlig zu Unrecht.
Header_MZ Blogbeitrag_04-2023 (4)
11. Januar, 2024
Es ist ein hübsches Spiel für geduldige Kinder: Auf einer Holzplatte ist ein Kreis aufgezeichnet, und auf dem Umfang dieses Kreises sind in gleichmäßigen Abständen p – 1 Nägel eingeschlagen, wobei p in der Größenordnung von einigen Hundert liegt und am besten eine Primzahl ist. Die Nägel n sind fortlaufend nummeriert. Die Aufgabe besteht darin, für alle n von 1 bis p – 1 einen Faden von Nagel n zu Nagel 2n zu ziehen.
Header_MZ Blogbeitrag_04-2023
20. Dezember, 2023
Seit ein Artikel in der New York Times im Dezember 2017 über ein geheimes Programm zur Erforschung von unbekannten Luftphänomenen (UAP) im US-Verteidigungsministerium berichtete, häufen sich die Nachrichten zu UAP. Ein ehemaliger Geheimdienstoffizier sagte nun vor dem Kongress aus, dass die USA sogar im Besitz „intakter, nicht menschlicher Technologie“ seien. Sollte uns eine außerirdische Intelligenz besuchen, könnte diese Erkenntnis die Menschheit jedoch in eine kosmische Krise stürzen.
Header_Entdeckt_02-2023 (20)
5. Dezember, 2023
Albert Einsteins Relativitätstheorie dient heute als Werkzeug: Erstmals wurde die Masse eines Sterns anhand der Deformation seiner Raumzeit ringsum gemessen. Schon 1912 hatte Einstein entdeckt, wie ein Stern durch seine Schwerkraft die Lichtstrahlen eines anderen, viel weiter entfernten Sterns geringfügig verbiegt. Weil der Ablenkwinkel winzig ist, schrieb er 1936, nachdem er diesen Gravitationslinseneffekt erneut untersucht hatte: „Selbstverständlich besteht keine Hoffnung, das Phänomen zu beobachten.“
Header_Entdeckt_02-2023 (14)
8. November, 2023
Mit Platz für sieben reguläre Besatzungsmitglieder und einer ununterbrochenen menschlichen Präsenz seit Oktober 2000 ist die Internationale Raumstation (ISS) die größte und erfolgreichste Raumstation aller Zeiten. Ihre Zukunft jedoch wird immer ungewisser.
Header_Entdeckt_02-2023 (4)
10. Oktober, 2023
Je größer die Frequenz einer schwingenden Klaviersaite, umso höher ist der Ton, den der Mensch hört. Allerdings steigt die Tonhöhe nicht gleichmäßig mit der Frequenz an, sondern wird vom Gehör logarithmisch abgeflacht.
Header_Entdeckt_02-2023 (3)
27. September, 2023
Der Tag hat noch gar nicht richtig angefangen, da haben wir schon tausend Dinge im Kopf: schnell anziehen, frühstücken, zur Arbeit hetzen … Kaum dort angekommen, füllt sich der Schreibtisch schneller als ein Fußballstadion beim Finale der Weltmeisterschaft. Der Kopierer streikt, das Meeting wurde vorverlegt und der Kaffee ist alle. Nach nur zwei Stunden Arbeit ist man direkt wieder reif für das Bett, weil man letzte Nacht schon wieder kaum geschlafen hat.
MZ-2023_Beitragsbild (1)
15. September, 2023
Digital First, Textverstehen zweitrangig? Der Eindruck könnte entstehen, wenn man das Leseverhalten von Jugendlichen und jungen Erwachsenen mit den Ergebnissen der empirischen Leseforschung kontrastiert. Denn die Leseforschung sagt, dass wir anspruchsvolle Sachtexte weniger gut verstehen, wenn wir sie digital lesen. Befragt nach ihren Lesegewohnheiten berichten aber Studierende, dass sie mehr als 80  Prozent ihrer Lesezeiten vor dem Bildschirm verbringen. Belletristik wird hingegen lieber auf Papier gelesen als auf dem E-Reader. Dabei gibt die Leseforschung mit Blick auf die narrativen Texte Entwarnung: Ein Nachteil ist mit der digitalen Lektüre nicht verbunden.
MZ-01-23_Beitragsbild BecksEcke
27. Juni, 2023
Ein raffiniertes Konzept könnte die elementarsten Arbeitsschritte eines Rechners auf eine völlig neue Grundlage stellen – aber das wird voraussichtlich nicht passieren.
MZ-02-23_Beitragsbild (4)
16. Juni, 2023
Viel Glück im neuen Jahr – das sollen die kleinen „Glücksklee“-Blumentöpfe verheißen, die alljährlich zu Silvester auf den Markt kommen. Tatsächlich handelt es sich dabei um Sauerklee (Oxalis tetraphylla) aus Mexiko, bei dem alle Blätter grundsätzlich aus vier Einzelblättchen bestehen. Ein Glücksklee (Trifolium repens) verdient aber seinen Namen gerade dadurch, dass er sich nur mit etwas Glück finden lässt. Die normalen Blätter von echtem Klee bestehen aus drei Blättchen, die fingerförmig angeordnet sind. Daher der wissenschaftliche Gattungsname Trifolium, also Dreiblatt. Bei nur einem von 5.000 Blättern sind vier Blättchen vorhanden – solche Seltenheiten gelten in vielen Kulturen als Glücksbringer. Ob Gene oder Umwelt zu Viererklees führen, wird schon seit Jahrzehnten diskutiert. Der Schlüssel zum Glück(sklee) ist zwar noch nicht gefunden, aber sein Versteck konnte eingegrenzt werden.
MZ-02-23_Beitragsbild
2. Juni, 2023
Frei schwebend vor dem schwarzen Hintergrund des Weltalls leuchtet die blaue Weltkugel: „The Blue Marble“, aufgenommen am 7. Dezember 1972 etwa 29.000 Kilometer entfernt von der Erde von der Crew der Apollo 17 auf dem Weg zum Mond. Die analoge Hasselblad-Mittelformatkamera mit f-2,8/80 mm Festbrennweite von Zeiss bannt die ganze Erde auf ein Bild und zeigt dabei fast ganz Afrika, den Atlantik und den Indischen Ozean mit einem entstehenden Taifun über Indien.