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 Wissenschaft oder Religion
joan Offline

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Beiträge: 574

23.09.2011 19:43
Wankt Einsteins Relativitätstheorie? antworten

Dies ist die Kopie eines Links von http://www.zeit.de/wissen/2011-09/neutrinos-cern-licht

Wankt Einsteins Relativitätstheorie?

Messungen zeigen: Neutrinos übertreffen die Lichtgeschwindigkeit. Unmöglich, wenn Einsteins berühmte Formel stimmt. Fehler oder Sensation?

© Denis Balibouse/Reuters


Am Kernforschungszentrum Cern in Genf beobachten Forscher Teilchenzusammenstöße im Large Hadron Collider (LHC).


Forschungsergebnisse gibt's, die gibt es gar nicht – oder sollte es zumindest nicht geben. So geschehen auf der Strecke zwischen Genf und Gran Sasso in Italien, genauer gesagt: zwischen dem europäischen Kernforschungszentrum Cern und dem italienischen Foschungslabor INFN. 730 Kilometer lang ist die Luftlinie zwischen beiden Instituten, womöglich auch zwanzig Zentimeter mehr oder weniger – eine größere Ungenauigkeit aber schließt die Opera-Forschungsgruppe aufgrund modernster Messmethoden (unter anderem mit GPS) aus. Mit Atomuhren wurde sichergestellt, dass an beiden Enden auf die Nanosekunde genau die gleiche Zeit herrschte – dann wurden Neutrinos, winzige Elementarteilchen, von Genf nach Gran Sasso geschossen.

Damit wollten die Forscher, zu denen auch der Berner Professor Antonio Ereditato gehört, vor allem seltene Veränderungen (Oszillationen) der in drei Variationen vorkommenden Neutrinos beobachten. Doch was sie außerdem beobachteten, könnte die Grundfesten der modernen Physik erschüttern. Denn nach 15.000 Messungen scheint festzustehen: Die Neutrinos bewegen sich schneller als Licht. Das aber ist mit Einsteins spezieller Relativitätstheorie, einer der am meisten überprüften Grundfesten der modernen Physik, unvereinbar.

"Das Ergebnis ist eine absolute Überraschung für uns gewesen", sagt Ereditato. "Wir haben monatelang gegengecheckt, aber bis jetzt haben wir keinen Hinweis darauf, was einen Messfehler verursacht haben könnte." Ereditato greift deshalb zu einem ungewöhnlichen Mittel: Er legt alle Ergebnisse offen und ruft andere Forscher auf, die Ergebnisse der am Cern beheimateten Opera-Forschungsgruppe zu widerlegen. "Wir freuen uns auf fremde Messungen, die die Natur unserer Beobachtungen erklären können."

Für Laien erscheint der Vorsprung, den Neutrinos vor dem Licht haben sollen, verschwindend gering: Es geht gerade einmal um eine Differenz von 20 ppm, also 20 parts per Million. Die Angabe meint, die Neutrinos bewegen sich um 0,002 Prozent schneller als das Licht, einen winzigen Bruchteil also. Doch liegt dieser Wert deutlich über der Messungenauigkeit der Versuchsanordnung von 0,0006 Prozent – damit ist das Ergebnis eigentlich eindeutig. "Die Lichtgeschwindigkeit als oberes Limit der Geschwindigkeit festzusetzen, erscheint sinnvoll, gerade zu Einsteins Zeiten, als kein anderes masseloses Partikel bekannt war", sagt Sergio Bertolucci, Forschungsdirektor am Cern. Neutrinos besitzen indes ebenfalls eine Ruhemasse von null.

Schon einmal maß man Neutrinos, die schneller als das Licht waren

Die elektrisch neutralen Elementarteilchen reagieren zudem so selten mit ihrer Umwelt, dass sie nach ihrer theoretischen Entdeckung zunächst als "Geisterteilchen" galten. 60 Milliarden Neutrinos pro Quadratzentimeter erreichen die Erde von der Sonne jede Sekunde. Während diese Menge die Erde ungehindert durchquert, stößt gerade einmal ein geschätztes Dutzend davon mit einem Atom im Erdinneren zusammen. Ein Neutrinostrom kann so vom einen Ende des Universums zum anderen gelangen, ohne etwa von auf seiner Bahn liegenden Planeten abgeschwächt zu werden. Aber warum Neutrinos schneller als Licht sein sollten, erklärt das nicht.

Dennoch ist es nicht das erste Mal, dass eine Neutrino-Geschwindigkeit über der des Lichts gemessen worden ist. Das im US-Bundesstaat Illinois beheimatete MINOS-Projekt veröffentlichte vor zwei Jahren ähnliche Zahlen – nur war die Messungenauigkeit bei den Experimenten größer als jetzt am Cern, sodass die Abweichung als Fehler betrachtet wurde. Vermutlich werde MINOS jetzt alles daran setzen, noch einmal und möglichst noch genauer als die Kollegen in Genf zu messen, glaubt Christian Spiering. Der Teilchenphysiker ist ein Experte für Neutrinos: Er gehört zu den Konstrukteuren des IceCube-Projektes, einem ein Kubikkilometer großen Messnetz unter dem antarktischen Eis, das die in kosmischer Strahlung enthaltenen Neutrinos messen soll.

Forscher grübeln schon über weitere Experimente
Bei einem Ergebnis, das ein solches Fundament wie die Relativitätstheorie infrage stellt, wird man nicht nur das gleiche Experiment wiederholen, sondern auch andere Experimente mit der gleichen Zielsetzung machen müssen", sagte er ZEIT ONLINE. Auch das IceCube-Experiment könnte dabei helfen, allerdings nur dann, wenn die gemessene Geschwindigkeit in Abhängigkeit zur Energie der Neutrinos steht. Dann hätte IceCube den Vorteil des richtigen Designs: "Die Strecken, die wir messen können, sind nicht länger als zwanzig Kilometer, aber dafür haben wir energiereichere Neutrinos." Seit der Veröffentlichung der Ergebnisse aus Genf grübeln schon die ersten von Spierings Postdoktoranden über mögliche Versuchsaufbauten.

Erkenntnismaschine Erkenntnismaschine
Der Large Hadron Collider (LHC) am Kernforschungszentrum Cern soll helfen, die letzten Fragen der Physik zu beantworten: Wie fing das Universum an? Woraus besteht es? Was hält es zusammen? Dazu werden in einem 27 Kilometer langen ringförmigen Tunnel Protonen nahezu auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und zur Kollision gebracht. Haushohe Detektoren zeichnen die Spuren jener Teilchen auf, die beim Zusammenstoß entstehen.

Das wichtigste Ziel des LHC ist es, zu klären, ob es das Higgs-Boson gibt. Das von manchen zum »Teilchen Gottes« verklärte Partikel ist der einzige Bestandteil im Standardmodell der modernen Physik, der noch nicht nachgewiesen wurde. Es soll erklären, warum die Dinge überhaupt eine Masse haben. Kürzlich verkündete Cern-Generaldirektor Rolf Heuer, die Physiker hätten erste Hinweise gefunden – und bis Ende 2012 werde die Existenz des Higgs-Bosons entweder bestätigt oder ausgeschlossen.

Viele andere, die die Ergebnisse aus Genf auf langer Strecke widerlegen könnten, gibt es nicht: Außer MINOS käme vielleicht noch eine ähnliche Anlage in Japan infrage, die nach dem schweren Erdbeben derzeit aber still liegt. Mit einer schnellen Antwort auf Cerns Unterstützungsanfrage ist also nicht zu rechnen. Vorläufig darf die Relativitätstheorie wohl weiter gelten. "Ich habe schon Experimente gesehen, wo eine Strecke bis auf das Tausendstel hinter dem Komma genau gemessen war", sagt Cern-Forschungsdirektor Bertolucci schon einmal vorsorglich. "Nur vor dem Komma hatte man sich um einen Meter vertan."

Dies ist die Kopie eines Links von http://www.zeit.de/wissen/2011-09/neutrinos-cern-licht

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