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Neues aus der Welt der Wissenschaft |
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Protonen & Co: Naturkonstante doch nicht konstant |
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| | | Gleichgültig ob Lichtgeschwindigkeit oder Elementarladung: Ohne Naturkonstanten kommt die Physik nicht aus. Ob aber nicht auch sie einem zeitlichen Wandel unterliegen, steht immer stärker im Mittelpunkt heißer Wissenschaftsfehden. Nun ist das Massenverhältnis von Protonen und Elektronen "in Verdacht geraten" - es dürfte sich in den vergangenen zwölf Milliarden Jahren geringfügig, aber doch geändert haben. |
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Das ist der Schluss einer Forschergruppe um den Physiker Wim Ubachs von der Freien Universität Amsterdam, den sie vor kurzem in den "Physical Review Letters" gezogen haben.
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Die Studie "Indication of a Cosmological Variation of the Proton-Electron Mass Ratio Based on Laboratory Measurement and Reanalysis of H2 Spectra" ist in den "Physical Review Letters" (Bd. 96, S. 151101; doi: 10.1103/PhysRevLett.96.151101) erschienen. |
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 Abstract in den PRL |
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Protonen: Rund 2.000 Mal schwerer als Elektronen |
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Protonen sind rund 1.836 Mal schwerer als Elektronen. Das Massenverhältnis (mp/me) kann experimentell genau errechnet werden: durch die Beobachtung, wie Wasserstoffmoleküle - die aus je zwei Protonen und zwei Elektronen bestehen - ultraviolette Laserstrahlen absorbieren.
Genau das haben Ubachs und sein Team in bisher nicht bekannter Präzision im Labor nun gemacht.
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Massenproportion änderte sich um 0,002 Prozent |
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Danach haben sie die Resultate mit Daten des European Southern Observatory (ESO) in Chile verglichen, welches das Absorptionsspektrum einer zwölf Milliarden Lichtjahre entfernten Wasserstoffwolke untersuchte.
Das Resultat: mp/mewar im Labor um 0,002 Prozent kleiner als beim Blick in die Vergangenheit unseres Universums - und das mit einer Wahrscheinlichkeit von 99,7 Prozent.
Wie die Wissenschaftler betonen, ist das noch kein endgültiger Beweis, aber doch ein entscheidendes Indiz, für die Veränderung einer vermeintlichen Naturkonstante.
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Auch andere Konstanten wenig konstant |
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Hinweise darauf hat es auch in den vergangenen Jahren gegeben: Dabei stand allerdings die so genannte Feinstrukturkonstante α im Mittelpunkt - eine dimensionslose Größe, die u.a. angibt, in welcher Weise Lichtteilchen mit anderen Partikeln interagieren.
Sollte sich diese ändern, hätte das gravierende Auswirkungen auf das physikalische Weltbild nach Einstein.
Entweder hätte sich im Laufe der kosmischen Zeitrechnung die Größe der Elementarladung geändert oder jene der Lichtgeschwindigkeit.
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Wird Feinstrukturkonstante kleiner?
Steve Lamoreaux vom Los Alamos National Lab und sein Team haben 2004 bei der Datenanalyse eines natürlichen Kernreaktors eine Abnahme der Feinstrukturkonstante errechnet, was sich indirekt auf die Lichtgeschwindigkeit auswirkt. α hat sich ihnen zufolge um ein halbes Milliardstel ihres Wertes seit dem Erlöschen des Reaktors vor 500.000 Jahren reduziert. |
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Mehr dazu in: Nimmt die Lichtgeschwindigkeit zu? (1.7.04) |
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Stringtheorie könnte Erklärung liefern |
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Worauf der nun beobachtete Wandel im Massenverhältnis von Protonen und Elektronen zurückzuführen ist, können die Wissenschaftler noch nicht erklären - dass sie einfach "Gewicht verlieren oder zunehmen", nehmen sie jedenfalls nicht an.
Eine Erklärung könnte die String-Theorie liefern: Die Zusatzdimensionen, mit denen sie hantiert, könnten Eigenschaften der Teilchen - wie etwa die Masse - im Lauf der Zeit beeinflusst haben. John Barrow, ein Kosmologe an der Universität Cambridge, glaubt, dass leichte Veränderungen in diesen Dimensionen die Konstanten (ebenso leicht) modifizieren könnten.
Wie er gegenüber der Online-Ausgabe von "Nature" anfügte, sei der Mangel an experimentellen Beweisen für die Stringtheorie eine Ursache für das Interesse an den "veränderlichen Naturkonstanten". Die aktuelle Studie liefere dazu gute Ansatzpunkte.
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Experten überwachen Fundamentalkonstanten |
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Dass auch die fundamentalsten Konstanten der Physik einer ständigen Diskussion ausgesetzt sind, beweist auch die "Task Group on Fundamental Constants" (CODATA).
Dabei handelt es sich um ein Komitee angesehener Wissenschaftler, die sich mit der Bewertung experimenteller Daten zur Errechnung der Konstanten auseinandersetzt.
Auf ihren Webseiten kann man sich über die aktuell gültigen Werte informieren.
[science.ORF.at, 3.5.06]
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Mehr zu dem Thema in science.ORF.at:
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01.01.2010 |
