Das Standardmodell der Teilchenphysik beschreibt die uns bekannten Grundbausteine der Materie mit beeindruckender Genauigkeit. Und doch wissen wir: Es stellt die Natur nicht komplett dar und kann somit nicht die endgültige, allumfassende Theorie sein.
Um die Physik jenseits des Standardmodells – wir nennen sie "neue Physik" – zu entdecken, braucht es extrem präzise Experimente und Messungen, kombiniert mit extrem präzisen Berechnungen. PRÄZISION ist daher das Leitthema von PRISMA+ – und dieser Ausstellung.
Im unserem ersten Modul können Sie spielerisch die vielen Facetten von PRÄZISION kennenlernen. Sie bilden den roten Faden unserer Ausstellung und sind in den übrigen Themenmodulen dargestellt. Auch nehmen wir Sie mit auf eine faszinierende Entdeckungsreise durch die Welt des Allerkleinsten und des Allergrößten. Denn die Forschung bei PRISMA+ erstreckt sich über 45 Größenordnungen – von einer Strahlungsquelle am Rande des Universums bis ins Innere eines Protons.
Weiterführende Infos:
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Doch warum interessiert sich die Forschung überhaupt für solch unvorstellbar kleine Dinge wie Quarks als elementare Bausteine der Materie? Wir können sie nicht sehen und bei den Phänomenen des Alltags spielen sie scheinbar keine große Rolle. Und doch ist es so, dass sie unsere Welt erklären und eine Bedeutung auch für die ganz großen Strukturen haben!
Hier ein Beispiel:
Blaue Riesen sind Sterne, die etwa die 50-fache Masse der Sonne erreichen können. Die meisten herkömmlichen Modelle gehen davon aus, dass solche massereichen Sterne zu Schwarzen Löchern kollabieren sollten. Dennoch könnte die Umwandlung von Neutronen in ein Quark-Gluon-Plasma in Blauen Riesen zu Supernova-Explosionen führen.
Sterne gewinnen ihre Energie durch Kernfusion, bei der jedes Mal schwerere Elemente entstehen. Wenn dieser Prozess die Produktion von Eisen erreicht, kann die Fusion keine weitere Energie mehr erzeugen und die Schwerkraft zum Zentrum hin wird nicht mehr durch die Fusionsenergie kompensiert. Daher beginnt der Stern zu komprimieren und stößt die überschüssige Masse in Form einer Flut von Neutrinos aus. Bei Sternen mit weniger als 70 Sonnenmassen (wie den Blauen Riesen) könnte der durch die Gravitationskraft verursachte Dichteanstieg die Neutronen im Zentrum in ein Quark-Gluon-Plasma verwandeln. Das Besondere: In diesem extremen Zustand kommen die kleinsten Materiebausteine, die Quarks, quasi frei und ungebunden vor, während sie normalerweise immer nur in Zweier- oder Dreierpaaren auftreten – letztere heißen Baryonen, die bekanntesten sind Protonen und Neutronen. In diesem Fall wäre die durch den Phasenübergang (von baryonischer Materie zum Quark-Gluon-Plasma) gewonnene Energie hoch genug, um eine Supernova-Explosion auszulösen, die eine zweite Welle von Neutrinos ausstoßen würde. Das Ergebnis dieser zweiten Explosion wäre ein Neutronenstern und kein Schwarzes Loch, das sich ohne die Entstehung von ungebundener Quarkmaterie gebildet hätte.
Sollte sich ein solches Ereignis in unserer Galaxie ereignen, könnte es experimentell nachgewiesen werden. Infolge der doppelten Neutrinoemission würden die Neutrinodetektoren auf der Erde zwei unterschiedliche Signale registrieren, die eine Sekunde voneinander entfernt wären.
- Wie viele Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler forschen derzeit am Exzellenzcluster PRISMA+?
a. mehr als 50
b. mehr als 150
c. mehr als 300 - Wie heißt das aktuelle Theoriemodell der Teilchenphysik?
a. Weltformel
b. Standardmodell
c. Quarkszenario