Der Graph des Monats: Was ist drin im Universum, und was hat der LHC damit zu tun? (Teil 2)

Im ersten Teil hatte ich erzählt, dass verschiedene Beobachtungen stark nahelegen, dass der Inhalt des Universums – was die Energiemenge angeht – etwa zu 70% aus Dunkler Energie und zu etwa 30% aus Materie besteht. Diese 30% Teilen sich in etwa 5% herkömmliche Materie (Atome, Atomkerne+Elektronen) und gut 25% Dunkle Materie auf. Dazu kommen kleinere Mengen Strahlung und der Beitrag der Neutrinos.

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Quelle: ESA

Dunkle Energie

Dunkle Energie ist in der einfachsten Form einfach ein Name für im Universum gleichmäßig verteilt vorliegende Energie, die bei dessen Ausdehnung nicht verdünnt wird – die Dunkle Energie pro Kubikmeter bleibt hier immer gleich.

Dunkle Materie

Dunkle Materie ist ein Name für die noch unbekannte Substanz, aus der die überschüssige, offenbar vorhandene, aber im Teleskop nicht sichtbare Masse im Universum besteht. Dunkle Materie zeichnet sie wie die herkömmliche dadurch aus, dass sie bei der kosmischen Ausdehnung des Universums verdünnt wird.

Was hat nun der LHC damit zu tun?  Sowohl die Dunkle Energie als auch die Dunkle Materie stellen Herausforderungen für die Teilchenphysik dar, allerdings trotz des ähnlichen Namens sehr unterschiedliche. Die Dunkle Materie könnte einfach aus einer neuen Sorte Teilchen bestehen – hier gilt es beim Theorie-Basteln nur zu beachten, dass die resultierenden neuen Teilchen 1.  auch wirklich dunkel sind, 2. schwach genug mit der Materie wechselwirken um bisherigen Experimenten entgangen zu sein, 3. im Urknall in der richtigen Menge entstehen und 4. dann nicht zu schnell unterwegs sind, damit die schönen großräumigen Strukturen, wie man sie in Galaxiensurveys sieht, entstehen konnten. Diese Teilchen der Dunklen Materie kann man vielleicht am LHC entdecken, vielleicht aber auch nicht – es hängt komplett davon ab, welche Eigenschaften sie haben.

Die Dunkle Energie ist ein subtileres Thema – eigentlich ist es überhaupt nicht schwierig, sie theoretisch zu erklären, denn die bisherigen Beobachtungen legen nahe, dass es sich einfach um so etwas wie die Einstein’sche kosmologische Konstante handelt. Das Problem bei der Sache ist, dass all die bekannten Teilchen des Standardmodells als Virtuelle Teilchen herumschwirren und offenbar einen riesigen, viel zu großen Beitrag zur Energie des „leeren Raumes“ liefern, sodass man mit der kosmologischen Konstante auf viele Stellen nach dem Komma gegensteuern muss, um die beobachtete Menge an Dunkler Energie zu bekommen. Es ist irgendwie nicht klar, ob es sich hier um ein wirklich wissenschaftliches Problem handelt (denn es gibt ja einen freien Parameter, den man passend einstellen kann), und auch nicht, ob Entdeckungen am LHC hier weiterhelfen können. Genaueres dazu, wie man Dunkle Materie am LHC beobachtet und was es mit dem Feineinstellungsproblem der Dunklen Energie auf sich hat (sogar mit einfachen Zahlenbeispielen) findet ihr in meinen beiden Essentials zum Neustart des LHC.

 

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