Der weltweit größte Teilchenbeschleuniger LHC hat am Mittwoch bei Genf seinen Betrieb aufgenommen. Physiker erhoffen sich von der gigantischen Maschine Antworten auf Fragen nach Ursprung und Aufbau der Welt.
Die Geburt des Universums nachvollziehenIn einem 27 Kilometer langen Tunnel im schweizerisch-französischen Grenzgebiet, der mehr als 50 Meter unter der Erde liegt, wollen die Wissenschaftler Elementarteilchen fast mit Lichtgeschwindigkeit aufeinander schießen und dabei eine Glut entstehen lassen, wie sie unmittelbar nach dem Urknall herrschte, also bei der Geburt des Universums. Zunächst werden die Protonen-Strahlen aber in einer Richtung durch den auf minus 271 Grad heruntergekühlten Beschleuniger geschickt. Kollisionen wird es erst geben, wenn die Anlage stabil läuft.
Protonenstrahlen stabil haltenDer Beginn der Experimente erfolgt in einigen Wochen. Bis dahin müssen die Forscher schauen, dass der erste Protonenstrahl stabil in der Vakuumröhre zirkuliert. Danach wird der zweite Protonenstrahl in gegenläufiger Richtung eingeschossen. Erst dann - nach mehr als zwanzig Jahren Planungs- und Bauzeit - können sie die mit beinahe Lichtgeschwindigkeit zirkulierenden Protonenpakete zur Kollision bringen.
Suche nach den Higgs-TeilchenDie Forscher machen sich mit Hilfe einer der kompliziertesten je von Menschen erbauten Maschine zunächst auf die Suche nach dem Higgs-Teilchen, ohne das die Elementarteilchen der bisher gültigen Theorie zufolge keine Masse hätten. Entdecken die Physiker am europäischen Teilchenphysikzentrum CERN dieses "Gottesteilchen", kann sich dessen Namensgeber, der britische Physiker Peter Higgs, Hoffnungen auf den Nobelpreis machen.
CERN tritt Ängsten entgegenDas CERN ist vor der Inbetriebnahme Ängsten entgegengetreten, in dem Beschleuniger könnten winzige Schwarze Löcher entstehen, die Materie und letztlich die ganze Erde verschlingen könnten. Das Auftreten von Schwarzen Löchern sei höchst unwahrscheinlich, hieß. Entstünden sie, würden sie sofort wieder zerfallen, ohne wachsen zu können. Schließlich spielten sich die im LHC erzeugten Prozesse ständig ab, wenn beispielsweise kosmische Strahlung auf die Atmosphäre treffe. Weltuntergangs-Szenarien seien daher Unsinn, sagte CERN-Sprecher James Gillies. Führende Physiker wie der Brite Stephen Hawking halten den LHC ebenfalls für sicher.
Soweit die offizielle Version, hier nun die ganze Wahrheit:Zuerst mal dies als Info:Der EPR-Effekt (nach den Autoren des Artikels, in dem er das erste Mal behandelt wurde – Einstein, Podolski (oder Podolsky, es handelt sich um eine nicht eindeutige Transkription aus dem Russischen) , Rosen -, zuweilen auch EPR-Paradoxon genannt), ist ein zunächst als Gedankenexperiment, später aber auch im Labor nachgewiesener Effekt in der Quantenmechanik, der erkennen lässt, dass die Quantenmechanik gegen eine Grundannahme klassischer Theorien, den sog. lokalen Realismus, verstößt. In der ursprünglichen Formulierung ihres Gedankenexperiments ging es EPR darum nachzuweisen, dass die quantenmechanische Beschreibung der physikalischen Wirklichkeit, die in diesem Effekt gewissermaßen „auf den Punkt gebracht“ wird, unvollständig sein müsse. Noch einfacher gesagt: Es wird gezeigt, dass die Quantenmechanik keine gewöhnliche klassische Theorie ist.
Es gibt mehrere experimentelle Anordnungen, die das für das EPR-Experiment charakteristische Verhalten zeigen. Grundsätzlich weist ein solches EPR-artiges Experiment bzw. Gedankenexperiment stets zwei Charakteristika auf:
Es wird ein System aus zwei Teilchen betrachtet, die anfänglich direkt miteinander wechselwirken und sich darauf weit voneinander entfernen. Ein solches System wird durch einen quantenmechanischen Zustand beschrieben, der kein Produktzustand ist, das heißt die beiden Teilchen befinden sich in einem verschränkten Zustand.
An den räumlich getrennten Teilchen werden jeweils zwei komplementäre Messgrößen betrachtet, deren gleichzeitige, exakte Bestimmung nach Heisenbergs Unbestimmtheitsrelation unmöglich ist.
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Stringtheorie
Im Gegensatz zum Standardmodell der Teilchenphysik sind bei der Stringtheorie die fundamentalen Bausteine, aus denen sich unsere Welt zusammensetzt, keine Teilchen im Sinne von Punkten (also nulldimensionalen Objekten), sondern vibrierende eindimensionale Objekte. Diese eindimensionalen Objekte werden Strings genannt (englisch für Saite). Die einzelnen Elementarteilchen kann man sich als Schwingungsanregung der Strings vorstellen, wobei die Frequenz nach der Quantenmechanik einer Energie entspricht.
In Weiterentwicklungen der Stringtheorie, den sogenannten Brane-Theorien, werden als Basisobjekte nicht nur eindimensionale (bzw. bei Einschluss der Zeit (1+1)-dimensionale) Strings angesehen, sondern auch höherdimensionale Objekte („Brane“ genannt) verwendet.
Die Stringtheorie umgeht die in der klassischen Quantenfeldtheorie auftretenden Probleme der Singularitäten und der zu ihrer Zähmung entwickelten Renormierungstheorie. Sie ergeben sich speziell für Punktteilchen aus ihrer Selbstwechselwirkung, die bei ausgedehnten z. B. eindimensionalen Objekten „verschmiert“ und damit abgemildert wird.
Durch Annahme dieser eindimensionalen Struktur der Strings treten automatisch viele erwünschte Eigenschaften einer eher fundamentalen Theorie der Physik hervor. Am meisten sticht hervor, dass jede Stringtheorie, die mit der Quantenmechanik vereinbar ist, auch eine Quantengravitation beinhalten muss, die ohne Strings bisher nicht konsistent beschrieben worden ist.
Die charakteristische Längenskala der Strings müsste in der Größenordnung der Plancklänge liegen, der Größe, ab der Effekte der Quantengravitation wichtig werden:
Auf viel größeren Längenskalen, wie sie heute in Laboratorien zugänglich sind, wären diese Objekte nicht von nulldimensionalen punktförmigen Partikeln zu unterscheiden. Trotzdem würden die Vibrationszustände und die Struktur dieser winzigen Strings sie als verschiedene Elementarteilchen des Standardmodells der Elementarteilchenphysik erscheinen lassen. Zum Beispiel würde ein Schwingungszustand des Strings mit einem Photon assoziiert werden, ein anderer Zustand mit einem Quark. Diese vereinigende Wirkung der Stringtheorie ist eine ihrer größten Stärken, doch reproduziert noch keine bekannte Lösung dieser Theorie genau die Vielzahl von Teilchen, die das Standardmodell kennt.
In der Raumzeit überstreicht ein Partikel eine Linie, Weltlinie genannt: das Teilchen hat keine räumliche Ausdehnung, aber bewegt sich entlang der "Zeit". Ein String besitzt dagegen eine zweidimensionale Weltfläche („World Sheet“), da er auch räumlich eine eindimensionale Ausdehnung hat. Die Wechselwirkungen der Elementarteilchen, in der üblichen Quantenfeldtheorie der Punktteilchen mit Feynmandiagrammen in der Raum-Zeit beschrieben, kann man sich durch "Verdickung" dieser Feynmandiagramme in einer Raumrichtung vorstellen.
In Wirklichkeit ... ach- wenn ihr bis hierhin gelesen habt seid Ihr schlau genug zu verstehen was wirklich passiert ist!
Falls nicht, auch egal, denn je weniger man weiss desto glücklicher lebt man - ehrlich! :)
Wenn ich mal Bock und Zeit habe maltretier ich Euch mit der Wahrheit, bis dahin :
THINK ABOUT IT!
