Schwerkraft in Päckchen
In den Augen der Quantenphysiker ist die Schwerkraft das schwarze Schaf unter
den Wechselwirkungen. Wenigstens wurde jetzt gezeigt, dass auch sie Quanteneffekten
unterliegt: Denn die Energie in einem Schwerefeld kann nur bestimmte Werte annehmen.
Die Schwerkraft und Quantentheorie kommen sich nur selten ins Gehege: Denn
die Schwerkraft ist so schwach, dass sie erst bei wirklich großen Objekten
wie Planeten, Sonnen oder Galaxienhaufen eine führende Rolle spielt. Quantenphänomene
hingegen treten auf, wenn kleine Entfernungen im Spiel sind - wie die in einem
Atom.
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| Im elektromagnetischen
Feld eines Atoms können Elektronen nur bestimmte Energiewerte (Bahnen)
annehmen. |
Es waren auch gerade Merkwürdigkeiten im Atomen, welche unter anderem
die Geburtswehen der Quantentheorie einleiteten: Anfang der 20. Jahrhunderts
fanden Physiker heraus, dass Elektronen in Atomen nur ganz bestimmte Energiewerte
annehmen können. Zwischen diesen Energieniveaus existieren verbotene Zonen,
die für die Teilchen tabu sind.
Im Laufe der Zeit konnte diese Quantelung nicht nur bei der elektromagnetischen
Kraft im Atom, sondern auch bei der schwachen und starken Kraft nachgewiesen
werden. Nur die Schwerkraft legte bisher kein Quantenverhalten an den Tag -
zumindest lagen hierzu keine Beobachtungen vor.
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| Die Vermutung:
Auch im Schwerefeld sind nur bestimmte Energiewerte zulässig. |
Forscher aus Deutschland, Frankreich und Russlandhaben diesem Missstand nun
ein Ende bereitet. Am Institut Laue-Langevin in Grenoble betrachteten sie dazu
nicht die Vorgänge in einem Atom, vielmehr ersetzten sie den Atomkern durch
die Erde und die Elektronen durch Neutronen, die sie auf einem Spiegel hüpfen
ließen. Die Vermutung der Wissenschaftler: Auch die Energie im Schwerefeld
kann nur bestimmte Werte annehmen. Daher gibt es auch einen kleinsten "Grundzustand",
den zu unterschreiten den Neutronen quantentheoretisch untersagt ist. Alle Neutronen
müssen daher eine bestimmte Mindesthöhe erhüpfen, die eben diesem
Grundzustand entspricht.
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| Der Neutronenfänger
einmal über der Mindesthüpfhöhe und einmal darunter. |
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Im Versuchsaufbau positionierten die Wissenschafter über der Platte einen
beweglichen Neutronen-Fänger, so dass sie die maximale Höhe der Neutronen
begrenzen konnten. Lag der Neutronenfängers oberhalb der Grundzustands-Höhe,
so konnten Neutronen durch die Versuchsanordnung hindurchgelangen.
Lag der Neutronen-Fänger jedoch unter der Grundzustands-Höhe, so
passierte kein Neutron das Experiment.
Das Ergebnis aus Grenoble zeigt: Die wunderbare Welt der Schwerkraft ist eine
Quantenwelt. Dies bedeutet jedoch nicht, dass die Forscher eine Quantentheorie
der Schwerkraft entdeckt haben. Dies wäre die letzte große Theorie,
nach der sich Physiker weltweit sehnen. Aber bis dahin sind aber noch einige
Rätsel zu knacken.
Beispiel Superstringtheorie: Sie könnte vielleicht eines Tages eine Quantentheorie
der Schwerkraft darstellen. Doch Physiker beißen sich noch an den Grundlagen
die Zähne aus, ganz zu schweigen von der Frage, wie man die Theorie experimentell
überprüfen könnte. Ob dies jemals geschehen wird, ist noch unklar,
wahrscheinlich ist aber, dass hüpfende Neutronen hier nicht ausreichen
werden.
Wissenschaftliche Quelle
Kurz und knapp
- Können sich die drei Neutrino-Typen ineinander umwandeln? - eine Frage,
die bisher noch nicht völlig geklärt war.
- Das Sudbury Neutrino Observatory sagt mit 99-prozentiger Sicherheit:
Ja, sie können. Neutrinos hätten damit auch eine Masse.
- Daher muss das Standard-Modell der Teilchenphysik geändert werden,
da es in seiner aktuellen Version von masselosen Neutrinos ausgeht. Die Theoretiker
sind wieder am Ball.
Weblinks
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