Dunkle Materie

Die Wahrscheinlichkeit liegt wohl bei 23%, dass die Messpunkte zum Rauschen dazugehören und gar keine WIMP-Teilchen sind. Diese WIMPs scheinen noch deutlich heimtückischer zu sein als die fiesen Neutrinos. Neutrinos sucht man übrigens auch in diesem Soudan-Untergrundlabor - aber mit etwas besserer Statistik.

Ich frage mich warum es schwieriger ist ein WIMP zu entdecken als ein Neutrino.
Neutrinos sollen doch viel Masseärmer sein als WIMP´s.

Größere Masse= stärkere Kollision= besser messbar  Oder?

Liebe Grüße.

Ich bewege mich da auch auf dünnem Eis, aber ich mutmaße mal:

Neutrinos und WIMPs haben relativ ähnliche Eigenschaften, was die Detektierbarkeit angeht. Sie lassen sich nur über die schwache Kernkraft indirekt nachweisen und unterliegen wie alle Teilchen der Gravitation (welche die mit Abstand schwächste fundamentale Naturkraft ist). Daher versucht man, WIMPs auch in Neutrinodektoren mit einer ähnlichen Technik zu fangen.

Aus den Modellen wussten die Physiker aber, dass Neutrinos bei uns bekannten Prozessen entstehen, etwa bei der Kernfusion oder beim radioaktiven beta-Zerfall. Das Neutrino wurde sogar zuerst postuliert, um die Bilanz beim beta-Zerfall zu erklären. Daher kann man einen Neutrinodetektor einfach zu einer Quelle bringen - z.B. einem Kernreaktor. Cowan und Reines haben in den 1960er Jahren den Physiknobellpreis bekommen, weil sie Neutrinos erstmals nachwiesen - in einem Kernreaktor.

WIMPs werden nicht auf der Erde produziert - und wohl auch nicht in der Sonne. Die Teilchen fallen durch ihre hohe Masse nicht auf, denn auf dem Level von wenigen Atommassen spielt die Gravitation gegenüber anderen Naturkräften keine Rolle. Zudem sind WIMPs wie Neutrinos in den 1950er Jahren noch ein theoretisches Konstrukt. Wir wissen nicht, ob es sie wirklich in der Form gibt, wie wir uns das vorstellen. Die Ergebnisse von vorgestern sind da leider noch keine wirkliche Hilfe.

Moin,

XMM-Newton spürt Dunkle Materie auf

Durch Beobachtungen von schwachen, entfernten Galaxiengruppen, die mit dem XMM-Newton-Observatorium  durchgeführt wurden, konnte die Entwicklung der räumlichen Verteilung dunkler Materie weiter untersucht werden. Die Ergebnisse der Studie, an der Wissenschaftler des MPI für extraterrestrische Physik beteiligt sind, wurden jetzt im Astrophysical Journal veröffentlicht.

Die Dunkle Materie ist ein geheimnisvoller, unsichtbarer Bestandteil des Universums, der sich nur durch seine gravitativen Auswirkungen verrät. Diese Komponente des Alls besser zu verstehen ist eine der zentralen Aufgaben der modernen Kosmologie. Eine mögliche Methode besteht für Astronomen darin, das Verhältnis von Masse zu Leuchtkraft bei Galaxienhaufen zu untersuchen. Die Röntgenemissionen geben hierbei ein Maß für die Masse der gewöhnlichen (baryonischen) Materie, während die Gesamtmasse (baryonische plus Dunkle Materie) durch den Gravitationslinseneffekt bestimmt wird.


Bild: Röntgenemission im COSMOS Feld / ESA

Eines der Ziele beim Studium der Strukturentwicklung besteht darin, die Dunkle Materie selbst zu verstehen und wie sie mit der normalen Materie, die wir sehen können, wechselwirkt. Ein anderes Ziel ist es, mehr über die Dunkle Energie zu erfahren, einem mysteriösen Phänomen, das die Materie auseinander treibt und dafür sorgt, dass sich das Universum immer schneller ausdehnt. Viele Fragen sind hier noch offen: ist die Dunkle Energie konstant oder verändert sie sich mit der Zeit? Oder handelt es sich vielleicht nur um eine Illusion, die von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie hervorgerufen wird?  (Von mir hervorgehoben)

Der ganze Bericht befindet sich hier >>>

Jerry

Moin,

im *Astronomie-Portal* gibt es einen interessanten Bericht >>> Dunkle Materie in neuem Licht

Jerry

In der aktuellen Spektrum der Wissenschaft 01/11 gibt es wieder einen Artikel zur Dunklen Materie. U.a. wird gesagt, dass es durchaus mehrere WIMPs geben kann, auch Super-WIMPs, die noch massiver sind und noch schwächer wechselwirken. Unter Umständen gibt es einen ganzen "Zoo" an Dunklen Teilchen. Laut Tenor des Artikels ist das sogar sehr wahrscheinlich. Ebenso ist es möglich, dass zwischen den Dunklen Teilchen eigene "dunkle Kräfte" wirken, jenseits/abseits der bisherigen 4 Fundamentalkräfte. Diese Kräfte hätten aber aller Wahrscheinlichkeit nach eine anderen Qualität und Quantität als die klassischen, da sich dunkle Materie offenbar anders im Raum verteilt, als die baryonische Materie. Es wird wohl keine "Dunkle Parallelwelt" geben, also keine Dunklen Planeten, Sterne, Mensche ... etc.

Interessant/kurios in diesem Zusammenhang ist die Wortwahl: Dunkles Licht für den Träger des dunklen Äquivalents der elektromagnetischen Kraft ... .

Ach ja ... und der englische Begriff Dark Forces lässt einen auch schmunzeln ...

Wenn ich das lese bekomme ich einen Lachkrampf
Jetzt gibts nicht nur Dunkle Materie sondern auch noch Dunkle Kräfte.
Erst hat man die Dunkle Materie erfunden die nur gravitativ auf normale Materie wirkt, weil man mehr Anziehungskraft in Galaxien benötigt und nun sollen die Teilchen auch noch untereinander wechselwirken und das ganz anders als normale Materie.
Damit kann man dann alles im Universum erklären, man kann sich ja alle möglichen Kräfte ausdenken nur um etwas zu beschreiben was man sich nicht erklären kann. Immer wie mans braucht.
Mit so einem Physikverständnis will ich nichts zu tun haben.
Das dumme is nur die Leute glauben auch noch den Quatsch.
Vieleicht gibt es ja auch keine Gravitation sondern es sind Dunkle Aliens die die Planeten auf ihren Umlaufbahnen um die Sonne schieben.
mfG René

[...] Dunkles Licht für den Träger des dunklen Äquivalents der elektromagnetischen Kraft ... .

lässt mich auch grinsen...

In der Tat, ich kann dein Lachen nachvollziehen, René, doch irgendwie liegt doch da auch der Reiz und das Spannende drin, oder nicht?
Die Frage ist doch: Was ist es wirklich? Und die Frage mit Experiementen bzw. Messungen beantworten zu können, muss man ja zumindest wissen, wonach man Ausschau halten soll. Und dabei werden die "verrücktesten" Theorien herangeschleppt, die man dann überprüfen kann.

Früher wollte auch niemand glauben, dass sich die Erde um die Sonne dreht

Grüße,
Olli

Wenn ich das lese bekomme ich einen Lachkrampf

René, das ist lediglich der Ausdruck deiner eigenen Inkompetenz. Ich vermag weder in deinem Lachen noch in der Idee etwas zu entdecken, was derartig komisch sein sollte.

Jetzt gibts nicht nur Dunkle Materie sondern auch noch Dunkle Kräfte.

Wer sagt denn, dass es das gibt? Die ganzen "Dunklen Dinge" sind zunächst einmal theoretische Konstrukte, mit der man die Beobachtungen im Universum zu erklären versucht. Wenn das damit entwickelte Modell funktioniert, wird man es benutzen. Die genaue Natur von Dunkler Materie, Energie und den jetzt frisch postulierten Kräften zu bestimmen, wird dann sehr viel an Forschungsarbeit erfordern. Womöglich wird man sogar erkennen, dass der Name unpassend ist und sich einen neuen ausdenken.

Mit so einem Physikverständnis will ich nichts zu tun haben.

Glaub mir, René, du hast bereits oft genug bewiesen, dass du damit auch nichts zu tun hast.

Das dumme is nur die Leute glauben auch noch den Quatsch.

Das ist doch keine Sache von Glauben oder Nichtglauben! Die Physiker, Astrophysiker und Astronomen berechnen mit ihren kosmologischen Modellen das Universum, und wenn die Berechnungen nicht stimmen, wissen sie, dass die Modelle verbessert werden müssen. Dazu überlegt man sich etwas zunächst völlig theoretisches, um die Modelle zu erweitern, so dass die Berechnungen besser zur Wirklichkeit passen, und versucht zu beweisen, dass es wirklich funktioniert.

Hallo Ruhri

Das ist doch keine Sache von Glauben oder Nichtglauben! Die Physiker, Astrophysiker und Astronomen berechnen mit ihren kosmologischen Modellen das Universum, und wenn die Berechnungen nicht stimmen, wissen sie, dass die Modelle verbessert werden müssen.

Deshalb muss man doch aber nichts erfinden was man nicht sehen kann und ihm alle die Eigenschaften geben die man noch braucht, damit das kosmologische Model hinhaut.
Wenns nach näherem Hinsehen dann immer noch nicht funktioniert, erfindet man später vieleicht noch einen Dunklen Gott der alles regelt.
Gruß René

Wieso denn nicht? Genau so hat man etwa  das Neutrino entdeckt. Etwas fehlte im Modell, also hat man die notwendigen Eigenschaften definiert und es später experimentell bestätigt. Störst du dich etwa am Namen "Dunkle ..."? Wenn man mehr über das Phänomen weiß, findet man vielleicht einen besseren Namen. Und natürlich kann man die gesamte Hypothese auch verwerfen, wenn jemandem etwas besseres einfällt.

Ich finde man sollte ersteinmal versuchen das beobachtete mit herkömmlichen Mitteln zu erklären.
Also mit dem was man schon kennt.
Gravitation, Coloumbkraft, Materie und Antimaterie.
Ich kenne kein einziges Kosmologisches Model welches z.B. die Antimaterie beinhaltet.
Nur weil bis vor Paar Jahren keiner Antimaterie kannte und sie deshalb in den Modellen nicht mit einbezogen wurde.
Man behauptet einfach es gab beim Urknall einen Materieüberschuß was gegen den Energieerhaltungssatz ist.
Warum sagt man denn nicht, es sind gleich viele Materie wie Antimaterieteilchen entstánden und versucht zu erklären weshalb man dann keine Antiatome in der Kosmischen Höhenstrahlung findet.
Immer noch besser als den Energieerhaltungssatz in Frage zu stellen.
Dunkle Materie würde ebenfalls den Energieerhaltungssatz in Frage stellen. Es sei denn man postuliert Dunkle Antimaterie. Dann müßte es aber wiederum einen Dunklen Symetriebruch geben ,weil ja nur Dunkle Materie übriggeblieben ist.

Gruß René

René, du lässt es so klingen als seien Symmetriebrüche etwas schlechtes, daher hier Onkel Lesch mit grundsätzlichen Betrachtungen zum Thema Symmetrie: http://www.br-online.de/br-alpha/alpha-centauri/alpha-centauri-symmetriebruch-harald-lesch-ID1207151239278.xml

^^Ein Symmetriebruch bedeutet nicht, dass ein Erhaltungssatz verletzt wäre. Niemand der behauptet, das Universum sei von Materie dominiert, stellt damit den Energieerhaltungssatz in Frage.

Doch denn es können immer nur Teilchenpaare entstehen eines das negativ geladen ist und eines das positiv elektrisch geladen ist.
Wenn das nicht so wäre und sagen wir mal nur Positive Teilchen entstehen, so würde ein Positives Feld aus dem Nichts entstehen ohne dass es ein Gegenfeld gibt.
Habt ihr das nicht an meiner Theorie der Elektrisch geladenen Schwarzen Löcher bemängelt bei denen auch ein elektrisches Feld aus dem Nichts entsteht?
mfG

Hallo,

Doch denn es können immer nur Teilchenpaare entstehen eines das negativ geladen ist und eines das positiv elektrisch geladen ist.

wenn das so wäre, wie du behauptest, René, dann gäbe es uns nur leider nicht. Da es uns aber gibt, muss die Symmetrie gebrochen sein.

Habt ihr das nicht an meiner Theorie der Elektrisch geladenen Schwarzen Löcher bemängelt bei denen auch ein elektrisches Feld aus dem Nichts entsteht?

Ja, haben wir, da sie leider jeder physikalisch mathematischen Grundlage entbehrt und Makroskopisches und Mikroskopisches zusammen bringst, was mathematisch nicht zusammen passt.

Aber lass uns hier bitte wieder zum Thema des Threads, der Dunklen Materie, zurückkommen.

Grüße,
Olli

@Kreuzberga, schönes Video, dann habs auch ich verstanden
Eine Frage hab ich aber noch, sorry wenns dadurch off-topic bleibt. Er spricht ja von den Wechselwirkungen und den "Vermittlerteilchen" und nennt als Vermittlungsteilchen der schwachen Kraft das Boson, was furchtbar massiv ist, viel größer als ein Proton. Wie kann das denn dann noch die Wechselwirkung zwischen den Teilchen im Kern vermitteln, wenn das doch so groß ist? Schonmal danke für die Antwort

@René: Ich bin wirklich ein absoluter Physiklaie. Aber selbst mir ist klar, dass jegliche wissenschaftliche Erkenntnisse genau so entstanden sind. Es wurde eine Theorie entworfen, die dann durch Experimente oder mathematische Beweise entweder bestätigt oder verworfen bzw. modifiziert wurde. Lernt man sogar im Chemiestudium, das ich mal angefangen habe
Du hast im Enfeffekt nichts anderes gemacht mit deiner Antimaterie-Universums-Idee. Kompliment für soviel Einfallsreichtum. Das Problem ist nur, dass du an der Stelle, wo durch Experimente oder mathematische Modelle erbrachte Beweise gegen deine Theorie sprechen, du diese einfach ignorierst oder überhörst. War jetzt schon mehrfach der Fall, und so lange bin ich noch nicht hier

Ok, kleiner Exkurs in die Quantenmechanik, aber dann schnell wieder zurück zur Dunklen Materie, über die wir leider so wenig wissen :

Warum haben die Bosonen eine so große Masse? Das ist eine gute Frage, die Zusammenhängt mit der Grundfrage warum Teilchen überhaupt eine Masse haben. Vielleicht hast du schon von einem weiteren Boson gehört, dem Higgs-Boson? Das wird jedenfalls gerade z.B. am LHC intensiv gesucht, da es das letzte Teilchen aus dem Katalog des Standardmodells ist, das noch nicht experimentell nachgewiesen wurde. Es selbst soll über eine noch größere Masse verfügen als W- und Z-Bosonen und es soll anderen Teilchen ihre Masse geben - gut, schwer vorstellbar! Aber wenn du dich an Herrn Lesch erinnerst, der sagt, dass es im frühen Universum immer wieder zu Symmetriebrüchen kommt, heißt das, dass die elektromagnetische Kraft und die Schwache Kernkraft irgendwann einmal ununterscheidbar waren.

Die elektromagnetische Kraft hat das masselose Photon als Botenteilchen. Will man nun beide Kräfte in einem System beschreiben, muss man erklären, warum bei niedrigeren Temperaturen (d.h. im sich abkühlenden Universum) es nun zu diesem Symmetriebruch kommt, der dazu führt das die Bosonen sehr massereich sind, während die Photonen masselos sind. Da kommt eben das bis heute noch hypothetische Higgs-Boson ins Spiel...

Was bedeutet diese hohe Masse der Botenteilchen für die schwache Kernkraft? Es bedeutet, dass sie eine sehr, sehr geringe Reichweite hat. Je höher die Masse der Botenteilchen, desto schneller zerfallen sie. Die W- und Z-Bosonen sind so massereich, dass sie praktisch sofort wieder zerfallen, daher kommt die Schwache Kernkraft einfach nicht weit! Die Photonen der elektromagnetischen Kraft dagegen haben gar keine Masse und zerfallen überhaupt nicht, ergo, unbegrenzte Reichweite.

Aktiv sind die Bosonen daher praktisch nur im Atomkern. Noch genauer: In einzelnen Nukleonen (Protonen, Neutronen), den Bestandteilen des Atomkerns. Entschließt sich beispielsweise ein Neutron ein W-Boson zu emitieren, ändert sich die Ladung des Neutrons von 0 auf 1, womit es zum Proton wird. Das ausgesandte W-Boson zerfällt daraufhin praktisch instantan in ein Elektron und eine Antineutrino. Wenn man noch genauer sein möchte, emitiert auch nicht das ganze Neutron das W-Boson, sondern nur eins der drei Quarks, aus denen das Neutron besteht. Dieses Quark mit dem Flavour down, ändert seine elektrische Ladung durch die Emission des W-Bosons von -1/3 Elementarladungen um eins zu +2/3 e, womit es zum Up-Quark wird und damit das gesamte Teilchen zu einem Proton. Das ganze nennt man dann Betazerfall.

Auf Grund der hohen Masse der Botenteilchen und der daraus resultierenden geringen Lebensdauer und geringen Reichweite, nehmen wir die schwache Kernkraft im Gegensatz zur Gravitation und zur elektromagnetischen Kraft im Alltag nicht wahr. Auch beim Betazerfall "sehen" wir nur das Ergebnis: Ein Elektron und ein Antineutrino. Das kurzlebige W-Boson kann daher praktisch als virtuelles Teilchen gesehen werden.

Im Gegensatz zur Dunklen Materie ist die schwache Kernkraft und das ganze Standardmodell der Quantenmechanik aber experimentell bestens abgesichert, auch wenn es sich nicht gerade weniger verrückt anhört! 

Danke für die Erklärung
Was ich nur immernoch nicht verstehe ist die enorme Größe des Bosons. Mal ganz laienhaft gesprochen, wie passt das denn dann überhaupt "in den Kern rein"? Oder werfe ich hier gerade Masse und Größe durcheinander? Bin mir schon nichtmehr sicher, was der gute Herr Lesch in dem Video gesagt hat...

Gesunder Menschenverstand und moderne Teilchenphysik passen nicht wirklich gut zusammen, womit aber keinesfalls gesagt ist, dass letztere Unsinn ist - man kann sie nur nicht so einfach anschaulich beschreiben.

Übrigens, wenn ich das mit der Masse und der Lebensdauer der Botenteilchen lese, schießt mir durch den Kopf, dass das hypothetische Graviton etwas exotisches wie "negative Masse" haben sollte, weil die Gravitation ja nicht nur unbegrenzt weit wirkt, sondern als einzige auch noch nennenswerte Wirkung auszuüben imstande ist. Was postulieren denn die Physiker so genau über das Graviton?

Nee, negative Masse hat das Graviton in keinem Modell. Was die Physik sagt? Hier mal ein Wikizitat, das das ganz gut zusammenfasst:

In’n Fall vun de Stringtheorie mutt dat dat Graviton dwangslöpig geven. Bi de Loop-Quantengravitatschoon is dat nich ganz so klor. Beid Theorien sünd bit hüüt noch nich wiet noog utklamüstert, dat man jem dör Experimenten wedderleggen oder bewiesen künn. Dorüm blifft de Fraag, of dat en Deelken för’t Övermiddeln vun de Gravitatschoonskraft gifft oder nich, ok wieterhen ahn Antwoort.

   

so ein Schelm....

Bei den zwei bislang rein hypothetischen Kandidaten einer Theorie der Quantengravitation, der Stringtheorie und der Loop-Quantengravitation, ergibt sich die Existenz eines Gravitons im Falle der Stringtheorie zwangsläufig, die Lage in der Loop-Quantengravitation ist weniger klar. Beide Theorien sind bislang nicht so weit entwickelt, dass sie experimentell bestätigt oder widerlegt werden könnten. So ist die Frage nach der Existenz eines Teilchens, das die Gravitationskraft trägt, weiter offen.

_{ich Spielverderber, pfui}

Dat bitje Platt dor boven bruken ji doch nit oversetten, dat sall woll elk een verstahn.
De Lü, de de Plattdütsk Wikipedia moken, bruken en rech enfak Taal...
Wenn dat reell ostfreeske Taal was, denn harn ji all dat lesen togeben mutten.

Tja, wie war das? Photonen haben keine Ruhemasse, sind aber eigentlich nie in Ruhe. Welche Masse mögen sie also bei Lichtgeschwindigkeit haben?

Gravitonen, falls es sie wirklich gibt, können eigentlich auch keine Ruhemasse haben, und im Grunde können sie überhaupt keine Masse haben. Wenn sie es nämlich sind, die die Wirkung der Gravitation übertragen, dann würde es eines Gravitons bedürfen, die Anziehungskraft eines Gravitons zu übertragen, und das wäre schon ziemlich paradox. Andererseits reden wir über Teilchenphysik, und da gibt es schon einige sehr merkwürdige Dinge...

Hallo

Ich hab da mal ein Problem was ich nicht richtig verstehe.
Mal angenommen es gibt dunkle Materie
Diese hat sich nach dem Urknall zu Verdichtungen zusammengeballt und bildet so einen Gravitationstopf indem sich Materie zu Galaxien zusammenballen kann.
Warum bildet diese dunkle Materie nicht eigene Schwarze Löcher oder auch Sterne.
Diese Dunklen Sterne würden dann ja auch untereinander und mit normalen Sternen wechselwirken .
Die Gravitation würde ja auch dafür sorgen, dass sich Sterne dunkle Sternenpaare bilden.
Dann müßte es Sterne geben die sehr stark wackeln ohne dass man den dunklen Begleiter der das Wackeln verursacht sehen kann.

Gruß René

Wenn man dunklen Materie die Eigenschaften von der uns bekannten, "normalen" Materie zuspricht, würde ich das so erwarten, wie du beschreibst, René.

Es ist jedoch nicht bekannt, woraus dunkle Materie an sich besteht, was ihre Eigenschaften sind, wie sie wechselwirkt. Insofern können wir da nur spekulieren.

Grüße,
Olli