Schlagwort: Elementarteilchen

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Zehn Hoch

Videocredit und -rechte: Charles und Ray Eames (Eames Office)

Wie unterscheidet sich das Universum im kleinen, mittleren und großen Maßstab? Der Film „Zehn Hoch“ aus den 1960er-Jahren war der berühmteste Wissenschafts-Kurzfilm seiner Zeit. Er zeigt atemberaubende Vergleiche. Inzwischen wurde er offiziell auf YouTube veröffentlicht. Er ist oben verlinkt. Klickt auf den Pfeil, dann beginnt der neun Minuten lange Kurzfilm.

Ausgehend von einer Picknickdecke in der Nähe von Chicago zoomt Film auswärts. Er zieht am Virgo-Galaxienhaufen vorbei. Alle zehn Sekunden erscheint ein Quadrat, dessen Seiten zehnmal länger sind als die vorigen. Dann läuft das Video in die andere Richtung. Es zoomt alle zwei Sekunden um den Faktor zehn zurück und endet bei einem einzelnen Proton.

Der Ablauf von „Zehn Hoch“ basiert auf dem Buch „Cosmic View“ von Kees Boeke aus dem Jahr 1957. Ebenfalls Ende der 1960er-Jahre entstand der ähnliche, aber großteils animierte Film „Cosmic Zoom„.

Die veränderliche Perspektive ist spannend und informativ. Abschnitte des Films wurden mit moderner Computertechnik neu erstellt. Dazu gehören die ersten Minuten des Films „Contact“ oder das kurze Digitalvideo „The Known Universe„. Es wurde 2010 für das Amerikanische Naturkundemuseum erstellt. Die Produzenten des Films waren Ray und ihr Ehemann Charles Eames. Sie waren ziemlich visionär und erfanden auch einen berühmten Sessel.

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Detektor AMS misst rätselhaften Überschuss an Positronen

Mitten im Bild ist der AMS-Detektor an Bord der Internationalen Raumstation ISS. Von der Raumstation sind Paneele und Module zu sehen. Rechts ist eine Raumfähre angedockt, dahinter schimmert die blaue Erde. Links oben strahlt die Sonne im schwarzen Weltraum.

Bildcredit und Lizenz: Ron Garan, Besatzung STS-134, Besatzung Expedition 28, NASA

Woher stammen all diese energiereichen Positronen? Das Alpha-Magnet-Spektrometer (AMS-02) an Bord der Internationalen Raumstation ISS vermerkte genau, wie oft es seit 2011 von energiereichen Elektronen und Positronen getroffen wurde. Nach jahrelanger Datensammlung ist nun klar, dass es in den höchsten Energieniveaus, die beobachtet wurden, deutlich mehr Positronen als Elektronen gibt.

Der Überschuss hat vielleicht eine sehr aufregende und tiefgründige Ursache: Es könnte sich um Teilchen Dunkler Materie handeln, die zuvor unentdeckt waren, und die zerstrahlten. Möglich ist aber auch, dass die unerklärliche Abweichung von astronomischen Quellen stammt, zum Beispiel Pulsaren. Das Thema wird sehr aktiv beforscht.

Das Bild zeigt das Instrument AMS kurz nach seiner Installation auf der ISS. Rechts ist eine US-Raumfähre angedockt, links eine russische Sojus-Kapsel. Im Hintergrund leuchtet die blaue Erde. Sie ist die Heimat aller Nationen.

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Das Higgs Boson – als Cartoon erklärt

Illustrationscredit und Rechte: Jorge Cham, PHD-Comics

Was ist das für ein Wirbel um das Higgs-Boson? Die Welt der Physik ist in heller Aufregung. Ein Elementarteilchen, das im weitgehend erfolgreichen Standardmodell der Teilchenphysik zu erwarten ist, könnte vielleicht bald vom riesigen Large Hadron Collider (LHC) am europäischen CERN entdeckt werden.

Der Begriff Boson bezieht sich auf ein Elementarteilchen, das Ähnlichkeiten mit dem Photon aufweist, während mit Higgs der Physiker Peter Higgs gemeint ist. Er publizierte unter anderem eine Arbeit, die den Mechanismus vorhersagt, durch den ein solches Teilchen wirken könnte.

Dieser Animationsfilm erklärt humorvoll und sehr detailreich, warum das Higgs-Boson erwartet wird und eine Methode des Large Hadron Collider, mit der danach gesucht wird. Es gibt Gerüchte, dass vorläufige Spuren des Higgs-Bosons bereits gefunden werden, und sogar das Nicht-Finden dieses ungewöhnlichen Teilchens würde die Tür zu einem neuen grundlegenden Verständnis der Funktion unseres Universums öffnen.

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Polarlicht über Island

Am Himmel wölben sich mächtige grüne Polarlichter über dem isländischen Gletscher Vatnajökull.

Bildcredit und Bildrechte: Daniel Lopez (El Cielo de Canarias)

Wenn ihr einen Himmel wie diesen seht – fotografiert ihn! Vor drei Nächten bemerkte der abenteuerlustige Fotograf im Bild auf Island einen Himmel voller Polarlichter und tat genau das. Danach fügte er fünf kleinere Fotos ein, die er am Vatnajökull fotografiert hatte. So entstand dieses 180-Grad-Panorama vom ganzen Himmel, das von Polarlichtern beleuchtet ist.

Polarlichter entstehen, wenn energiereichen Teilchen von der Sonne ins Magnetfeld der Erde gelangen. Dann regnen geladene Teilchen wie Elektronen und Protonen an den Erdmagnetpolen herab und stoßen auf die Luft. Die getroffenen Luftmoleküle fangen losgelöste Elektronen ein. Wenn Elektronen in Sauerstoffmolekülen in den Grundzustand zurückfallen, strahlen sie grünes Licht ab. Polarlichter können eine Vielfalt an Formen und Farben zeigen.

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Hinweise auf Higgs vom Large Hadron Collider

Das Bild zeigt den Blick in eine riesige Maschine mit Rohren und einem runden Objekt am Ende der Öffnung. Unten steht eine Person, sie ist kaum größer als eines der Rohre, die in die Öffnung hinein ragen.

Credit und Bildrechte: Maximilien Brice, CERN

Warum besitzen Objekte Masse? Um das herauszufinden, wurde am europäischen CERN der Large Hadron Collider (LHC) gebaut. Er ist mächtigste Teilchenbeschleuniger, der je von Menschen geschaffen wurde.

Seit 2008 lässt der LHC mit noch nie dagewesener Aufprallgeschwindigkeit Protonen gegeneinander prallen. Der LHC erforscht die führende Erklärung, die besagt, dass die Masse von einfachen Teilchen entsteht, indem sich diese durch ein unsichtbares, überall vorhandenes Feld virtueller Higgs-Teilchen kämpfen. Wenn Teilchen, die mit hoher Energie kollidieren, real existierende Higgs-Bosonen erzeugten, würde das den Higgs-Mechanismus der Entstehung von Masse stützen.

Letzte Woche meldeten zwei LHC-Gruppen erste Hinweise, dass das Higgs-Boson mit einer Masse von etwa 120 GeV existieren könnte. Daten von den LHC-Kollisionen werden auch nach Mikro-Schwarzen Löchern und magnetischen Monopolen durchsucht. Außerdem wird die Möglichkeit geprüft, dass jedes bekannte Elementarteilchen ein fast unsichtbares, supersymmetrisches Gegenstück besitzt.

Ihr könnt helfen: Mit dem Projekt LHC@Home kann jeder PC in den archivierten LHC-Daten nach seltsamen Ungeheuern suchen. Das unterstützt die Forschenden am LHC. Oben steht eine Person vor dem gewaltigen ATLAS-Detektor. Er ist einer von sechs Detektoren am LHC.

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Polarlicht-Teilsturm über Yellowknife

Nebeneinander sind drei Kreise angeordnet, jeder zeigt den ganzen Himmel voller grüner Polarlichter, die auf jedem Kreis anders aussehen.

Bildcredit und Bildrechte: Kwon, O Chul (TWAN)

Beschreibung: Intensive Polarlichter überfluteten am 24. Februar die Nacht mit schimmernden Farben. Die Aufnahmen der Polarlichter wurden bei einer Hütte in der Nähe von Yellowknife im Norden von Kanada aufgenommen. Die malerische Bildfolge aus drei Ganzhimmelsaufnahmen wurde von links nach rechts in 30-Sekunden-Abständen fotografiert. Sie zeigt die raschen Veränderungen der tanzenden Schleier aus Nordlichtern am Sternenhimmel.

Warum tanzen die Nordlichter? Messungen der NASA-Raumsonden THEMIS lassen vermuten, dass diese Explosionen an Polarlichtaktivität durch plötzlich freigesetzte Energie in der irdischen Magnetosphäre ausgelöst werden. Diese werden als magnetische Rekonnexion bezeichnet. Die Rekonnexionen entladen Energie, wenn Magnetfeldlinien wie Gummibänder schnappen und geladene Teilchen in die obere Atmosphäre schleudern. Diese Rekonnexionen reichen bis in den Weltraum hinaus. Sie ereignen sich in der Magnetosphäre auf der Nachtseite der Erde in einer Distanz von etwa einem Drittel der Entfernung zwischen Erde und Mond.

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Eisfischen nach kosmischen Neutrinos

Das Bild zeigt den Blick in ein Bohrloch, in dessen Mitte eine lange Stange verschwindet. Das Schmelzloch führt tief ins Eis und ist oben mit silbrig reflektierendem Material verkleidet.

Credit: NSF / B. Gudbjartsson, IceCube-Zusammenarbeit

Beschreibung: Forschende schmelzen Löcher in das Eis am unteren Ende der Welt. Fast 100 Löcher wurden beim Südpol geschmolzen. Sie dienen nun als astronomische Observatorien. Astronom*innenen versenkten für das IceCube-Neutrino-Observatorium einen langen Strang in jeden der tiefen, senkrechten Seen, der mit Lichtdetektoren verknotet ist. Die Detektoren sind so groß wie Basketbälle. Das Wasser in jedem Loch gefriert bald darauf wieder.

Die Detektoren an den Strängen messen blaues Licht, das im klaren Eis der Umgebung aufleuchten kann. Das Licht wird erwartet, wenn energiereiche Neutrinos von Objekten oder Explosionen draußen im Universum mit dem Eis kollidieren.

Oben wurde Ende des letzten Jahres der letzte von 86 Strängen von IceCube in den gefrierenden Abgrund versenkt. Damit ist IceCube nun der größte Neutrinodetektor, der je gebaut wurde. Aus Daten des früheren Experiments AMANDA wurde bereits die erste detailreiche Karte des sehr energiereichen Neutrinohimmels erstellt.

Zu den Zielen des neueren IceCube-Experiments gehört die Suche nach kosmischen Neutrinoquellen, weiters die Suche nach Neutrinos, die zeitgleich mit nahe gelegenen Supernovae und fernen Gammablitzen auftreten, und schließlich – mit viel Glück – ein Einblick in exotische physikalische Konzepte wie unsichtbare Raumdimensionen und Reisen mit Überlichtgeschwindigkeit.

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Polarlichter über Norwegen

Über einem See mit Steinen am Ufer baut sich ein gewaltiges Polarlicht aus grünen und purpurfarbenen Schlieren auf.

Credit und Bildrechte: Ole Christian Salomonsen

Beschreibung: Polarlichter können ein spektakulärer Anblick sein. Fließende, farbenprächtige Polarlichter beleuchteten einen lebhaften Himmel über Tromsø in Norwegen, wie das Bild oben vom letzten Wochenende zeigt. Außer spektakulären Polarlichtern dokumentierte der Fotograf drei Satelliten, eine Flugzeugspur und einen Freund, der versuchte, dieselbe Ansicht zu fotografieren.

Polarlichter wirken anfangs wie mondbeleuchtete Wolken, doch die fügen nur Licht zum Himmel hinzu statt Hintergrundsterne auszublenden. Polarlichter werden auf der Nordhalbkugel als Nordlichter bezeichnet. Sie entstehen durch Kollisionen zwischen geladenen Teilchen aus der Magnetosphäre und Luftmolekülen in der oberen Erdatmosphäre.

Vom Weltall aus betrachtet können Polarlichter auch Röntgenbereich sowie im ultravioletten Licht leuchten. Manchmal treten Polarlichter ein paar Tage nach mächtigen Magnetereignissen auf der Sonne auf.

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