"Hier sind 11 wichtige Aktualisierungen, die dieses Jahr im Bereich der Teilchenphysik stattgefunden haben.
1. HIER KOMMT DIE SONNENGÖTTIN
Im Jahr 1992 waren Astronomen verblüfft, als sie das entdeckten, was sie später das Oh-My-God-Teilchen nannten, eine kosmische Strahlung, die mit einer Energie von 320 Exa-Elektronenvolt (EeV) in die Erdatmosphäre eindringt. Im menschlichen Maßstab ist das keine große Zahl – ungefähr die Energie eines fallengelassenen Basketballs, der auf dem Boden aufschlägt. Aber für subatomare Teilchen ist es gigantisch und übertrifft selbst unsere leistungsstärksten Collider-Experimente bei weitem. Und im vergangenen Jahr bekam das OMG-Teilchen einen Partner: ein 240-EeV-Teilchen namens Amaterasu, benannt nach der Sonnengöttin in der japanischen Mythologie. Das neue Teilchen wurde im Rahmen des Telescope Array Project in Utah entdeckt und reiht sich in eine erlesene Liste ultrarelativistischer hochenergetischer kosmischer Strahlen ein. Diese seltenen Teilchen stammen aus den energiereichsten Ereignissen im Universum, sind aber letztlich mysteriös. Amaterasu zum Beispiel schien aus der Richtung der Lokalen Leere zu kommen, einer großen Ansammlung von Nichts in unserer kosmologischen Nachbarschaft.
2. Geisterpartikel
Astronomen auf der ganzen Welt sind auf der Suche nach Neutrinos. Diese „Geisterteilchen“ entstehen bei allen möglichen Kern- und Hochenergiereaktionen, interagieren jedoch kaum mit normaler Materie. Um Neutrinos zu fangen, haben sich Astronomen daher riesigen Observatorien zugewandt, wie dem IceCube-Neutrino-Observatorium, das einen ganzen Kubikkilometer des antarktischen Eisschildes in einen Neutrino-Detektor verwandelt. Mithilfe dieses empfindlichen Instruments gaben Astronomen dieses Jahr bekannt, dass unsere eigene Milchstraßengalaxie eimerweise Neutrinos produziert. Während wir seit langem wissen, dass andere, weiter entfernte Galaxien große Mengen an Neutrinos produzieren, war dies der erste direkte Beweis dafür, dass dies auch bei unserer Galaxie der Fall ist, und eröffnete damit einen völlig neuen Weg in der Neutrinowissenschaft.
3. FÜHLEN SIE THE BEAT
Pulsare sind bereits als erstaunliche Objekte bekannt. Sie entstehen aus Neutronensternen, den übriggebliebenen Kernen toter Sterne. Sie können ein Vielfaches der Sonnenmasse auf ein Volumen komprimieren, das nicht größer als eine Stadt ist. Die schnellsten drehen sich schneller als Ihr Küchenmixer. Manchmal stoßen sie Strahlung aus, und wenn diese über die Erde streicht, nennen wir sie Pulsare. In diesem Jahr fügten Astronomen einen weiteren Superlativ hinzu: die energiereichsten Gammastrahlenphotonen, die jemals von einem Pulsar entdeckt wurden. Mithilfe des Observatoriums „High Energy Stereoscopic System“ in Namibia sahen die Astronomen die Photonen, die von einem Pulsar kamen, der sich etwa 1.000 Lichtjahre entfernt in Richtung des Sternbildes Vela befand. Ein einzelnes Photon ist bei diesen Energien über zwei Millionen Mal stärker als die Photonen einer typischen Sonneneruption – es ist also gut, dass sie so weit entfernt erzeugt wurden.
4. UND JETZT THE BOAT
Apropos Gammastrahlen: Pulsare sind nicht das einzige astronomische Objekt, das sie aussenden kann. Tatsächlich sind einige Explosionen so intensiv, dass sie zu Recht als Gammastrahlenausbrüche bezeichnet werden. Im Jahr 2022 beobachteten Astronomen den hellsten Gammastrahlenausbruch, den sie je gesehen haben, den sie „BOAT“ nannten, was „brightest of all time“ bedeutet. Und im Jahr 2023 stellte ein anderes Astronomenteam fest, dass das BOAT, das seinen Ursprung in einer Galaxie hinter der Milchstraße hatte, stark genug war, um die obere Schicht der Erdatmosphäre zu stören. Die intensive Strahlung wirkte sich auf die Ionosphäre aus, die sich in einer Höhe zwischen 50 und 350 Kilometern befindet. Der Effekt war nicht sehr groß, aber die Tatsache, dass es überhaupt einen Effekt gab, sei überraschend, sagte das Team.
5. ANTIGRAVITÄT GIBT ES NICHT
Antimaterie ist wie normale Materie, hat aber eine entgegengesetzte Ladung. Beispielsweise hat ein Positron die gleiche Masse und den gleichen Spin wie ein Elektron, ist aber positiv geladen. Antimaterie wurde erstmals im frühen 20. Jahrhundert entdeckt und ist ein wichtiger Eckpfeiler der theoretischen Physik. Aber wie identisch sind Antimaterie und normale Materie, abgesehen von der Ladung? Dieses Jahr stellten Physiker fest, dass sich alles gleich verhält, insbesondere als Reaktion auf die Schwerkraft.
Die Allgemeine Relativitätstheorie besagt, dass sich Antimaterie und Materie genau gleich verhalten sollten, aber bis zu diesem Jahr wurden keine schlüssigen Tests durchgeführt. Es ist zwar nicht gerade ein überraschendes Ergebnis, aber es ist gut, solche Dinge von der Liste zu streichen. Schließlich hält die Natur viele Überraschungen für uns bereit, und man weiß nie, wo man sie findet.
6. DIE NEUTRINO-FABRIK
Neutrinos kommen in allen möglichen Energien und aus einer Vielzahl exotischer Quellen vor. Im Jahr 2023 erfuhren Astronomen von einem weiteren: riesigen Schwarzen Löchern. Die Schwarzen Löcher selbst erzeugen keine Neutrinos – schließlich kann nichts ihren gravitativen Klauen entkommen –, aber das Gas, das in ihren klaffenden Schlund wirbelt, kann dies auf jeden Fall. Dort beschleunigt sich das Plasma auf einen gesunden Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit und erwärmt sich auf Billionen Grad. Das ist mehr als genug Energie, um alle möglichen verrückten Teilchen zu erzeugen, einschließlich Neutrinos, die ständig über die Erde spülen.
7. GEHEIMNISSE DER DUNKLEN MATERIE
Der größte Teil der Materie im Universum ist eine mysteriöse Form der Materie, die als Dunkle Materie bekannt ist und die wir nur indirekt über ihren gravitativen Einfluss auf Galaxien und das größere Universum entdecken können. Es gibt keine veränderte Gravitationstheorie, die die Ergebnisse erklären könnte, daher gehen wir derzeit davon aus, dass es sich bei der Dunklen Materie um eine Art unbekanntes Teilchen handelt.
Wissenschaftler haben mit auf der ganzen Welt verstreuten Detektoren nach Anzeichen dieses Teilchens gesucht, und dieses Jahr gab die Kooperation Super Cryogenic Dark Matter Search bekannt, dass sie es nicht gefunden haben. Das ist keine schlechte Sache; Das Team legte zwar strengere Einschränkungen fest, was dunkle Materie nicht ist, was dabei hilft, künftige Suchen einzugrenzen – aber die Jagd geht weiter.
8. WENN DUNKELHEIT DAS LICHT VERZEHRT
Dunkle Materie ist so mysteriös, dass es möglicherweise ganz neue Bereiche der Physik gibt, die für uns derzeit unsichtbar sind. Beispielsweise könnte es eine neue, fünfte Naturkraft geben, die nur zwischen verschiedenen Arten von Teilchen der Dunklen Materie wirkt. Diese Kraft bräuchte einen eigenen Träger, der als „dunkles Photon“ bezeichnet wird, weil das wirklich episch klingt. In diesem Jahr brachte ein Team von Physikern Licht ins Dunkel (Wortspiel beabsichtigt), wie diese dunklen Photonen funktionieren könnten und, was noch wichtiger ist, wie wir sie möglicherweise entdecken könnten. Jeder theoretische Einblick hier hilft enorm, da wir jede Hilfe brauchen, die wir bekommen können.
9. HIS DARK(ER) MATERIALS
Die Welt der Dunklen Materie kann noch seltsamer werden. Nicht zufrieden mit nur einer Partikelart? Eine neue Naturgewalt nicht genug? Nun, wie wäre es mit einem ganzen dunklen Periodensystem, in dem verschiedene „Arten“ von Teilchen der dunklen Materie in ihrem eigenen, kunstvollen, unsichtbaren Tanz interagieren? Dies führt zu einer zutiefst hypothetischen Idee, die als dunkle Atome bekannt ist und bei der sich dunkle Materieteilchen in den Herzen von Galaxien bündeln. Einer neuen Forschung in diesem Jahr zufolge können diese dunklen Atome weiterhin die Sternentstehungsrate in ihren Wirtsgalaxien eeinflussen – ein möglicherweise beobachtbarer Effekt.
10. BUBBLETRON MANIA
Das frühe Universum wusste wirklich, wie man eine Party veranstaltet. Innerhalb der ersten Sekunde nach dem Urknall lösten sich die Kräfte der Natur aus ihrem vereinten Zustand und erschufen den Kosmos, den wir heute kennen und lieben. Diese „Spaltungen“ waren heftig und energisch, und sie ereigneten sich nicht auf einmal im gesamten Universum. Als jede Kraft abbrach, bildeten sich Blasen der neuen Realität, dehnten sich aus und kollidierten miteinander. In diesem Jahr entdeckten Physiker, dass die kollidierenden Blasen hervorragende Teilchenbeschleuniger ergeben würden. Sie werden „Bubbletrons“ genannt und könnten für die Entstehung der meisten uns bekannten Teilchen verantwortlich sein.
11. RUNAWAY SUN
Die Sonne ist unser nächster Stern und daher auch unser nächstgelegenes Labor für Sternphysik. Dieses Jahr entdeckten Astronomen mithilfe des High-Altitude Water Cherenkov Observatory in Mexiko, dass unser Stern weitaus energiereicher ist, als wir bisher angenommen hatten. Die Sonne ist durchaus in der Lage, überschüssige Gammastrahlung, die energiereichste Form der Strahlung, zu erzeugen. Obwohl diese Strahlung uns nicht direkt schadet, zeigt sie doch, dass es noch viel über die Sonne zu lernen gibt."
