Chandra-Datentests „Theorie von allem“

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Eine der größten Ideen in der Physik ist die Möglichkeit, dass alle bekannten Kräfte, Teilchen und Wechselwirkungen in einem Rahmen verbunden werden können. Die Stringtheorie ist wohl der bekannteste Vorschlag für eine „Theorie von allem“, die unser Verständnis des physikalischen Universums zusammenhalten würde.

Obwohl in der Physik seit Jahrzehnten viele verschiedene Versionen der Stringtheorie im Umlauf sind, gab es nur sehr wenige experimentelle Tests. Astronomen, die das Chandra-Röntgenobservatorium der NASA nutzen, haben jetzt jedoch einen bedeutenden Schritt nach vorne in diesem Bereich gemacht.

Durch die Suche durch Galaxienhaufen, die größten Strukturen im Universum, die durch die Schwerkraft zusammengehalten werden, konnten die Forscher nach einem bestimmten Teilchen suchen, von dem viele Modelle der Stringtheorie vorhersagen, dass es sie geben sollte. Während die resultierende Nichterkennung die Stringtheorie nicht vollständig ausschließt, versieht sie bestimmte Modelle innerhalb dieser Ideenfamilie mit einem Schlag.

"Bis vor kurzem hatte ich keine Ahnung, wie viel Röntgenastronomen in Bezug auf die Stringtheorie auf den Tisch bringen, aber wir könnten eine wichtige Rolle spielen", sagte Christopher Reynolds von der Universität Cambridge in Großbritannien, der das leitete Studie. "Wenn diese Teilchen irgendwann entdeckt werden, würde dies die Physik für immer verändern."

Das Teilchen, nach dem Reynolds und seine Kollegen gesucht haben, wird als "Axion" bezeichnet. Diese noch nicht erkannten Partikel sollten außerordentlich geringe Massen aufweisen. Wissenschaftler kennen den genauen Massenbereich nicht, aber viele Theorien zeigen Axionmassen, die von etwa einem Millionstel der Masse eines Elektrons bis zur Masse Null reichen. Einige Wissenschaftler glauben, dass Axionen das Geheimnis der Dunklen Materie erklären könnten, das den größten Teil der Materie im Universum ausmacht.

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Eine ungewöhnliche Eigenschaft dieser Partikel mit extrem geringer Masse wäre, dass sie sich manchmal in Photonen (dh Lichtpakete) umwandeln könnten, wenn sie durch Magnetfelder laufen. Das Gegenteil kann auch zutreffen: Photonen können unter bestimmten Bedingungen auch in Axionen umgewandelt werden. Wie oft dieser Wechsel erfolgt, hängt davon ab, wie einfach sie diese Konvertierung durchführen, dh von ihrer „Konvertierbarkeit“.

Einige Wissenschaftler haben die Existenz einer breiteren Klasse von Partikeln mit extrem geringer Masse mit ähnlichen Eigenschaften wie Axionen vorgeschlagen. Axionen hätten bei jeder Masse einen einzigen Konvertierbarkeitswert, aber „axionähnliche Teilchen“ hätten bei derselben Masse einen Konvertierbarkeitsbereich.

„Während es wie ein langer Schuß klingt, nach winzigen …

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