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Dezember 12, 2017

Geisterteilchen liefern mögliche Erklärung für die Dominanz der Materie über Antimaterie im Universum


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Eine durch das T2K-Experiment beobachtete Elektron-Neutrono-Wechselwirkung.

Copyright: Laboratorium für Hochenergiephysik, Universität Bern

Bern (Schweiz) – Ein internationales Team von Teilchenphysikern glaubt eine Antwort auf die bislang rätselhafte Frage gefunden zu haben, warum im uns bekannten Universum die uns bekannte Materie über ihr Gegenstück die Antimaterie dominiert. Der Schüssel – und damit ein wichtiger Meilenstein für das Verständnis des Universums – liegt demnach im Umwandlungs-Verhalten der als „Geisterteichen“ bezeichneten Neutrinos.

Neutrinos und Antineutrinos werden deshalb auch als „Geisterteilchen“ bezeichnet, weil sie extrem schwierig nachzuweisen sind, da sie mit kaum etwas anderen Wechselwirken. Zugleich können sie sich ineinander umwandeln.

Unser Universum besteht nun hauptsächlich aus Materie, und der offensichtliche Mangel an Antimaterie ist für Wissenschaftler eine der faszinierendsten Fragen der Wissenschaft.

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Wie Mitglieder der sog. „T2K Kollaboration“, in einem Vortrag am KEK Forschungszentrum im japanischen Tsukuba berichteten, haben sie nun erstmals Hinweise dafür gefunden, „dass mit 95 prozentiger Wahrscheinlichkeit, die Dominanz der Materie über Antimaterie im Universum durch das unterschiedliche Umwandlungs-Verhalten der Neutrinos und Antineutrinos erklärt werden könnte, da die Symmetrie zwischen Materie und Antimaterie (die sogenannte „CP-Symmetrie“) auch für Neutrinos verletzt ist.

„Neutrinos sind Elementarteilchen, die fast ohne Wechselwirkung durch die Materie reisen“, erläutert die Pressemitteilung der an den T2K-Experimenten beteiligten Universität Bern und führt dazu weiter aus: „Sie existieren als drei verschiedene Typen: als Elektron-, Myon- und Tau-Neutrinos und als deren jeweilige Antiteilchen (den Antineutrinos).“

2013 entdeckten die T2K-Wissenschaftler eine neue Art von Transformation unter Neutrinos (Neutrino-Oszillation), bei der Myon-Neutrinos in Elektron-Neutrinos umgewandelt werden, während sie sich in Raum und Zeit bewegen.

Die jetzt präsentierte neue T2K-Studie lehnt mit 95 Prozent Wahrscheinlichkeit die Hypothese ab, wonach die Umwandlung der Anti-Neutrinos (von Myon-Antineutrinos zu Elektron-Antineutrinos) gleich häufig (also symmetrisch) stattfindet.

Dies wäre dann „der erste Hinweis, dass die Symmetrie zwischen Materie und Antimaterie in der Neutrino-Oszillationen verletzt ist, und deswegen die Neutrinos auch bei der Asymmetrie Materie und Antimaterie im Universum eine Rolle spielen.“

Für die Forscher um Prof. Antonio Ereditato, Direktor des Laboratoriums für Hochenergiephysik der Universität Bern und Leiter der Berner T2K-Gruppe, sind gehören Ergebnisse zu den wichtigsten Erkenntnissen in der Neutrino-Physik in den letzten Jahren. „Sie eröffnen durch den Nachweis dieser winzigen, aber messbaren Wirkung, den Weg zu weiteren spannenden Messungen in den nächsten Jahren. (…) Die Natur scheint anzuzeigen, dass Neutrinos für die beobachtete Vorherrschaft der Materie über Antimaterie im Universum verantwortlich sein können. Was wir gemessen haben, rechtfertigt unsere derzeitigen Bemühungen bei der Vorbereitung des nächsten wissenschaftlichen Unternehmens, DUNE, dem ultimativen Neutrino-Detektor in den USA, der eine endgültige Entdeckung ermöglichen sollte.“

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