Zwei der größten Durchbrüche in der Physik während des letzten Jahrzehnts sind die Entdeckung, dass wispy subatomare Teilchen, die Neutrinos genannt werden, tatsächlich eine geringe Menge an Masse haben, und die Entdeckung, dass die Expansion des Universums tatsächlich an Geschwindigkeit gewinnt.
Jetzt schlagen drei Physiker der University of Washington vor, dass die beiden Entdeckungen durch eines der seltsamsten Merkmale des Universums, die Dunkle Energie, miteinander verbunden sind. Eine Verknüpfung, von der sie sagen, dass sie durch ein zuvor nicht erkanntes subatomares Teilchen verursacht werden könnte, das sie als „Beschleuniger“ bezeichnen.
Dunkle Energie war im frühen Universum vernachlässigbar, aber jetzt macht sie ungefähr 70 Prozent des Kosmos aus. Das Verständnis des Phänomens könnte helfen, zu erklären, warum sich das Universum eines Tages, lange in der Zukunft, so stark ausdehnen wird, dass keine anderen Sterne oder Galaxien in unserem Nachthimmel sichtbar sind, und letztendlich könnte es Wissenschaftlern helfen, zu erkennen, ob die Expansion des Universums weitergehen wird unbegrenzt.
In dieser neuen Theorie werden Neutrinos durch eine neue Kraft beeinflusst, die sich aus ihren Wechselwirkungen mit Beschleunigern ergibt. Dunkle Energie entsteht, wenn das Universum versucht, Neutrinos auseinander zu ziehen, was zu einer Spannung wie bei einem gedehnten Gummiband führt, sagte Ann Nelson, eine UW-Physikprofessorin. Diese Spannung treibe die Expansion des Universums an, sagte sie.
Neutrinos entstehen durch die Billionen in den Kernöfen von Sternen wie unserer Sonne. Sie strömen durch das Universum und Milliarden gehen jede Sekunde durch alle Materie, einschließlich der Menschen. Abgesehen von einer winzigen Masse haben sie keine elektrische Ladung, was bedeutet, dass sie, wenn überhaupt, nur sehr wenig mit den Materialien interagieren, durch die sie gehen.
Die Wechselwirkung zwischen Beschleunigern und anderer Materie sei jedoch noch schwächer, sagte Nelson, weshalb diese Teilchen von hoch entwickelten Detektoren noch nicht gesehen wurden. In der neuen Theorie weisen Beschleuniger jedoch eine Kraft auf, die Neutrinos beeinflussen kann. Eine Kraft, von der sie glaubt, dass sie durch eine Vielzahl von Neutrinoexperimenten nachgewiesen werden kann, die bereits auf der ganzen Welt durchgeführt werden.
„Es gibt viele Modelle der Dunklen Energie, aber die Tests beschränken sich hauptsächlich auf die Kosmologie, insbesondere die Messung der Expansionsrate des Universums. Da dabei sehr weit entfernte Objekte beobachtet werden müssen, ist es sehr schwierig, eine solche Messung genau durchzuführen “, sagte Nelson.
„Dies ist das einzige Modell, das uns eine sinnvolle Möglichkeit bietet, Experimente auf der Erde durchzuführen, um die Kraft zu finden, die dunkle Energie erzeugt. Wir können dies mit vorhandenen Neutrino-Experimenten tun. “
Die neue Theorie wird in einem Artikel von Nelson vorgestellt; David Kaplan, ebenfalls Professor für UW-Physik; und Neal Weiner, ein UW-Mitarbeiter in der Physik. Ihre Arbeit, die teilweise durch ein Stipendium des US-Energieministeriums unterstützt wird, wird in einem Papier beschrieben, das zur Veröffentlichung in einer kommenden Ausgabe von Physical Review Letters, einer Zeitschrift der American Physical Society, angenommen wurde.
Die Forscher sagen, dass sich die Masse eines Neutrinos je nach Umgebung, durch die es geht, tatsächlich ändern kann. Ebenso ändert sich das Erscheinungsbild des Lichts, je nachdem, ob es sich durch Luft, Wasser oder ein Prisma bewegt. Das bedeutet, dass Neutrino-Detektoren je nach Standort und Umgebung etwas unterschiedliche Ergebnisse erzielen können.
Aber wenn Neutrinos ein Bestandteil der Dunklen Energie sind, deutet dies auf die Existenz einer Kraft hin, die Anomalien zwischen den verschiedenen Experimenten in Einklang bringen würde, sagte Nelson. Die Existenz dieser Kraft, die sowohl aus Neutrinos als auch aus Beschleunigern besteht, werde die Expansion des Universums weiter vorantreiben, sagte sie.
Die Physiker haben Beweise verfolgt, die zeigen könnten, ob sich das Universum auf unbestimmte Zeit weiter ausdehnen oder abrupt zum Stillstand kommen und in einer sogenannten „großen Krise“ auf sich selbst zusammenbrechen wird. Während die neue Theorie keine "große Krise" vorschreibt, bedeutet dies, dass die Expansion irgendwann nicht mehr schneller wird.
"In unserer Theorie würden die Neutrinos irgendwann zu weit auseinander gehen und zu massiv werden, um nicht mehr von der Wirkung der dunklen Energie beeinflusst zu werden, sodass die Beschleunigung der Expansion aufhören müsste", sagte sie. "Das Universum könnte sich weiter ausdehnen, aber mit immer geringerer Geschwindigkeit."
Originalquelle: Pressemitteilung der University of Washington
