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Ist die Dunkle Materie eine Supraflüssigkeit?

Jenseits des etablierten Standardmodells der Elementarteilchenphysik und der Allgemeinen Relativitätstheorie, d.h. Quantengravitation, Supersymmetrie und Supergravitation, Stringtheorien...
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Ist die Dunkle Materie eine Supraflüssigkeit?

Beitrag von Frank » 11. Dez 2017, 20:13

Brauchen wir Supraflüssigkeitsmodelle? In der Physik Ist die Dunkle Materie eine Supraflüssigkeit?geht es nicht wirklich darum, was wir brauchen", stellt Prescod-Weinstein klar. "Es geht darum, was das Universum macht. Vielleicht produziert es ganz selbstverständlich Bose-Einstein-Kondensate, so wie es natürliche Maser im Orionnebel gibt. Brauche ich Laser im Weltraum? Nein, aber sie sind ziemlich cool!"

Bitte einmal in verständlichen und eigenen Worten was nochmal ein Bose-Einstein-Kondensat ist ?

http://www.spektrum.de/news/ist-die-dun ... it/1516463
Mit freundlichen Grüßen

Frank

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Re: Ist die Dunkle Materie eine Supraflüssigkeit?

Beitrag von tomS » 11. Dez 2017, 23:01

Frank hat geschrieben:
11. Dez 2017, 20:13
Bitte einmal in verständlichen und eigenen Worten was nochmal ein Bose-Einstein-Kondensat ist ?
Dabei geht es um das Verhalten von Teilchen bei tiefen Temperaturen.

Grob gesprochen verhält es sich so, dass Teilchen bei höheren Temperaturen im Mittel höhere Energien aufweisen; Bsp.: die Moleküle in einem heißeren Gas bewegen sich im Mittel schneller, d.h. die kinetische Energie ist im Mittel höher.

Kühlt man ein gewöhnliches, d.h. klassisches Gas ab, und ignoriert man dabei die Kondensation, so werden mit abnehmender Temperatur zunehmend mehr Teilchen niedrigere Energiezustände einnehmen. Die Kondensation ist im Falle von Gasen eine Folge der Wechselwirkung der Teilchen untereinander; in einem sogenannten idealen Gas existiert keine Wechselwirkung und somit keine Kondensation, d.h. das ideale Gas bleibt bis zu Temperaturen beliebig nahe am absoluten Nullpunkt gasförmig. Tatsächlich gibt es in der Natur keine idealen Gase mit wechselwirkungsfreien Atomen oder Molekülen, aber nehmen wir das mal an.

Betrachten wir nun Quantengase statt der klassischen Gase, und vergessen wir dabei Gase mit fermionischen Teilchen - die sich völlig anders verhalten - sondern betrachten wir ausschließlich bosonische Teilchen. Im Falle eines idealen Bose-Gases ohne Wechselwirkung kann letztere wieder nicht zur Kondensation führen. Nun passiert jedoch etwas erstaunliches: unterhalb einer kritischen Temperatur geht ein gewisser Anteil der "Teilchen" spontan in den Grundzustand = den Zustand niedrigster Energie über. Dies entspricht so etwas wie einer Kondensation, aber aufgrund der fehlenden Wechselwirkung ist es eben keine gewöhnliche Kondensation.

Das Kondensat kann nun Eigenschaft aufweisen, die man von Gasen nicht kennt, sondern die eher an Flüssigkeiten erinnern, z.B. langreichweitige Korrelationen, Wirbel (Vortices) u.ä.
Gruß
Tom

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Re: Ist die Dunkle Materie eine Supraflüssigkeit?

Beitrag von Frank » 13. Dez 2017, 09:26

Danke Tom!

Ist die Geschichte mit der Supraflüssigkeit ernst zu nehmen, oder einfach Kasperletheater?
Mit freundlichen Grüßen

Frank

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Re: Ist die Dunkle Materie eine Supraflüssigkeit?

Beitrag von ralfkannenberg » 13. Dez 2017, 11:43

Hallo zusammen,

an dieser Stelle noch eine kleine Nebenbaustelle: im Artikel (auch im englischen Original) ist die Rede davon, dass das Innere eines Neutronensternes suprafluid sein könnte. Wie kommt man da drauf ? Ich dachte immer, dass es im Inneren von Neutronensternen eher warm sei.


Freundliche Grüsse, Ralf

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Re: Ist die Dunkle Materie eine Supraflüssigkeit?

Beitrag von Herr5Senf » 13. Dez 2017, 11:51

Betrachten wir nun Quantengase statt der klassischen Gase, und vergessen wir dabei Gase mit fermionischen Teilchen - ...

Und nun hat man ein Fermionen-Gas stabil mit einem Bosonen-Gas gemischt http://www.pro-physik.de/details/news/1 ... ionen.html
Die Wissenschaftler wählten fermionisches Lithium-6 und boso­nisches Cäsium-133 als atomare Gase, da diese Kombi­nation den größten Massen­unter­schied bei stabilen Alkaliatomen mit sich bringt und ihre Wechsel­wirkungen gut bekannt sind. ...
Vor allem bei anziehenden Kräften zwischen beiden Atom­sorten zeigte sich ein über­raschendes Ver­halten: Gängigen theore­tischen Viel­teilchen-Modellen zufolge sollte es eine klare Grenze geben, wie stark Fermi-Bose-Mischungen mit­ein­ander wechsel­wirken können, bevor sie kolla­bieren. Das System blieb jedoch auch jen­seits dieser Grenze stabil. Dadurch ist es nun mög­lich, die Wechsel­wirkung zwischen Bose-Einstein-Kondensat und Fermi-Gas auch bei unge­wöhn­lichen Para­metern zu studieren.

Grüße Dip

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Re: Ist die Dunkle Materie eine Supraflüssigkeit?

Beitrag von tomS » 13. Dez 2017, 12:10

Frank hat geschrieben:
13. Dez 2017, 09:26
Ist die Geschichte mit der Supraflüssigkeit ernst zu nehmen ...?
Ich muss dazu die Originalveröffentlichung lesen. Insbs. frage ich nach der Supraflüssigkeit von was? Heute sind viele Modelle zur DM eher unwahrscheinlich geworden (WIMPs, Neutralino, Axion); diese scheiden m.E. immer noch aus, such dann, wenn eine Supraflüssigkeit vorliegen würde.
Gruß
Tom

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Re: Ist die Dunkle Materie eine Supraflüssigkeit?

Beitrag von ralfkannenberg » 13. Dez 2017, 14:47

tomS hat geschrieben:
13. Dez 2017, 12:10
Ich muss dazu die Originalveröffentlichung lesen.
Hallo Tom,

die Originalarbeit scheint über 2 Jahre alt zu sein:
Dark Matter Superfluidity and Galactic Dynamics (Lasha Berezhiani, Justin Khoury)

Betreffend der Axionen gibt es hier noch ein neueres Resultat:
Search for Axionlike Dark Matter through Nuclear Spin Precession in Electric and Magnetic Fields (C. Abel et al.), von Stefan Deiters hier zusammengefasst: Von Axionen keine Spur.


Freundliche Grüsse, Ralf

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Re: Ist die Dunkle Materie eine Supraflüssigkeit?

Beitrag von Frank » 13. Dez 2017, 15:50

Warum wird das erst zwei Jahre später publik gemacht.

Geht es da wirklich um das Gleiche?
Mit freundlichen Grüßen

Frank

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Re: Ist die Dunkle Materie eine Supraflüssigkeit?

Beitrag von ralfkannenberg » 13. Dez 2017, 16:41

Frank hat geschrieben:
13. Dez 2017, 15:50
Geht es da wirklich um das Gleiche?
Hallo Frank,

ich habe es nur sehr rasch überflogen. Es sind dieselben Autoren, es ist beide Male die Rede von zwei Skalen, in denen diese DM unterschiedliches Verhalten hat, und zur möglichen Überprüfung wird beide Male der Gravitationslinseneffekt genannt. Es ist auch möglich, dass es sich bei der Arbeit vor 2 Jahren um eine Vorläuferarbeit handelt, zu der nun neue Erkenntnisse hinzugekommen sind.

Das möglicherweise suprafluide Innere von Neutronensternen indes konnte ich auf die Schnelle in der Arbeit nicht finden.


Die genauere Lektüre möchte ich einem Physiker überlassen.


Freundliche Grüsse, Ralf

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Re: Ist die Dunkle Materie eine Supraflüssigkeit?

Beitrag von Herr5Senf » 13. Dez 2017, 20:12

Frank hat geschrieben:
13. Dez 2017, 15:50
Warum wird das erst zwei Jahre später publik gemacht. Geht es da wirklich um das Gleiche?

Gut Ding will Weile haben oder wartet auf Saure-Gurken-Zeit - immer das Gleiche, bis es der Erste interessant findet:

Juni 2015 preprint auf arxiv, wie Ralf verlinkt hat, da steht noch DOI 10.1016/j.physletb.2015.12.054
Febr 2016 veröffentlicht (Review) auf Physics Letters B open Access mit genannter DOI
Juni 2017 Quantamagazine hat's interessant gefunden, Jennifer Ouellette hat was dazu geschrieben
Dez 2017 Spektrum.de hat's auch interessant gefunden und von der Contributing Writer(in) übersetzt

Grüße Dip

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Re: Ist die Dunkle Materie eine Supraflüssigkeit?

Beitrag von tomS » 13. Dez 2017, 21:54

Und Axionen sind inzwischen eher "out".
Gruß
Tom

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Re: Ist die Dunkle Materie eine Supraflüssigkeit?

Beitrag von ralfkannenberg » 14. Dez 2017, 00:22

tomS hat geschrieben:
13. Dez 2017, 21:54
Und Axionen sind inzwischen eher "out".
wozu ich hier einen aktuellen Link genannt hatte.

Und hierzu eine Frage: waren diese Axionen wirklich jemals "in" ? Schon zu meinen Schulzeiten (Abi '80) wurde von denen geschrieben.


Freundliche Grüsse, Ralf

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Re: Ist die Dunkle Materie eine Supraflüssigkeit?

Beitrag von Skeltek » 14. Dez 2017, 03:56

ralfkannenberg hat geschrieben:
13. Dez 2017, 11:43
an dieser Stelle noch eine kleine Nebenbaustelle: im Artikel (auch im englischen Original) ist die Rede davon, dass das Innere eines Neutronensternes suprafluid sein könnte. Wie kommt man da drauf ? Ich dachte immer, dass es im Inneren von Neutronensternen eher warm sei.
Infra, Supra, wie auch immer man es nennen mag...
Grob aus dem Gefühl heraus ohne genauer drüber nachzudenken würde ich folgendes annehmen:
Es tritt irgendwann eine so gute Impulsweiterleitung ein, dass sämmtliche Impulsflußdichteschwankungen bzw Relativbewegungen der Teilchen sich ähnlich einer Schallwelle schlagartig an die Oberfläche der Supraflüssigkeits-Kugel bewegen und dort einzelne Teilchen vom Verbund absprengen/wegstoßen. Der hinterlassene Verbund hat kaum Relativbewegungen seiner Teilchen.
Bei Neutronensternen ist zwar der Impulsfluß gerade im Inneren extrem hoch (sprich extrem hoher Druck bzw Temperatur), trotzdem schließt das aber ein Fehlen von Relativbewegungen nicht aus. Der Druck im Neutronenstern kann beliebig hoch sein... solange die zusammengepresste Masse keine Stoßbewegungen durchführt, kann man sie denke ich schon als eine Supraflüssigkeit betrachten.

Ich könnte mir vorstellen, dass alles was nötig ist, ein völlig homogener Kern aus derselben Teilchenart und eine für diese Teilchen permeable Hülle um diesen herum ist. Suraflüssigkeiten entstehen, wenn die Relativbewegungen der Teilchen das physikalisch mögliche Minimum annehmen und in diesem den Großteil der Zeit verbleiben. Wird von Außen Impuls in form eines Teilchenstoßes zugeführt, wird dieser fast sofort auf der anderen Seite der Teilchenmasse wieder abgesondert.
Das ganze funktioniert auch nur, wenn die Teilchen keine festen Bindungen, Verhackungen oder ähnliches eingehen wie es z.B. bei Molekülen der Fall wäre - da wird der Impuls nicht schnell genug wieder heraus transportiert.
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Re: Ist die Dunkle Materie eine Supraflüssigkeit?

Beitrag von tomS » 14. Dez 2017, 06:22

M.W.n. sind Zustandsgleichung und Phasendiagramm für Neutronensterne weitgehend unbekannt.

Axionen würden - neben der DM - andere theoretische Probleme erklären und sind sozusagen eine einfache Erweiterung des Standardmodells.
Gruß
Tom

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Re: Ist die Dunkle Materie eine Supraflüssigkeit?

Beitrag von Struktron » 14. Dez 2017, 18:55

Hallo,
Skeltek hat geschrieben:
14. Dez 2017, 03:56
Infra, Supra, wie auch immer man es nennen mag...
Grob aus dem Gefühl heraus ohne genauer drüber nachzudenken würde ich folgendes annehmen:
Es tritt irgendwann eine so gute Impulsweiterleitung ein, dass sämmtliche Impulsflußdichteschwankungen bzw Relativbewegungen der Teilchen sich ähnlich einer Schallwelle schlagartig an die Oberfläche der Supraflüssigkeits-Kugel bewegen und dort einzelne Teilchen vom Verbund absprengen/wegstoßen. Der hinterlassene Verbund hat kaum Relativbewegungen seiner Teilchen.
Bei Neutronensternen ist zwar der Impulsfluß gerade im Inneren extrem hoch (sprich extrem hoher Druck bzw Temperatur), trotzdem schließt das aber ein Fehlen von Relativbewegungen nicht aus. Der Druck im Neutronenstern kann beliebig hoch sein... solange die zusammengepresste Masse keine Stoßbewegungen durchführt, kann man sie denke ich schon als eine Supraflüssigkeit betrachten.

Ich könnte mir vorstellen, dass alles was nötig ist, ein völlig homogener Kern aus derselben Teilchenart und eine für diese Teilchen permeable Hülle um diesen herum ist. Suraflüssigkeiten entstehen, wenn die Relativbewegungen der Teilchen das physikalisch mögliche Minimum annehmen und in diesem den Großteil der Zeit verbleiben. Wird von Außen Impuls in form eines Teilchenstoßes zugeführt, wird dieser fast sofort auf der anderen Seite der Teilchenmasse wieder abgesondert.
Das ganze funktioniert auch nur, wenn die Teilchen keine festen Bindungen, Verhackungen oder ähnliches eingehen wie es z.B. bei Molekülen der Fall wäre - da wird der Impuls nicht schnell genug wieder heraus transportiert.
Mit dem Postulat:
Es existiert einzig und allein eine Menge (Substrat) unendlich vieler, sich im unendlichen dreidimensionalen Raum isotrop bewegender diskreter Objekte, die hier als gleich große Kugeln (Sphären)
angenommen werden. Diese durchdringen den ansonsten leeren Raum gleichförmig geradlinig. Die Annäherung an eine andere Kugel erfolgt bis zum Zusammenstoß (Berührung = Mittelpunktabstand), bei dem nur die Geschwindigkeitskomponenten in Richtung der Stoßachse (Berührungsnormale) ausgetauscht werden.
ergibt sich eine Spielwiese dafür.
tomS hat geschrieben:
14. Dez 2017, 06:22
M.W.n. sind Zustandsgleichung und Phasendiagramm für Neutronensterne weitgehend unbekannt.

Axionen würden - neben der DM - andere theoretische Probleme erklären und sind sozusagen eine einfache Erweiterung des Standardmodells.
Schon mit den noch einfacheren postulierten Kugeln ensteht kalte dunkle gravitierende Materie, welche bei den notwendigerweise stattfindenden Stößen dunkle Energie emittiert.
MfG
Lothar W.
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Re: Ist die Dunkle Materie eine Supraflüssigkeit?

Beitrag von Herr5Senf » 14. Dez 2017, 20:41

Hab schon lange auf die endgültige Erklärung der Welt gewartet.

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Re: Ist die Dunkle Materie eine Supraflüssigkeit?

Beitrag von Dgoe » 14. Dez 2017, 23:08

:D Yep.
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Re: Ist die Dunkle Materie eine Supraflüssigkeit?

Beitrag von Dgoe » 15. Dez 2017, 00:01

Jo,

mich persönlich würde eher interessieren, wie es zu den genannten Vortex(en) kommt.

Ich kann mich vage an eine Reportage erinnen vor langem, wo Forscher verschiedene Elemente bis auf wenige Kelvin gekühlt hatten und deren Verhalten in dem Bereich wie ein Phasensprung beschrieben wurde, sich kristallieren oder so ähnlich, erstarren in interessanten Mustern. Das war bestimmt noch vor Bose-Einstein-Kondensate-Experimenten, faszinierend aber damals schon.

Wenn aber nun bei solchen Kondensaten, die ja so beschrieben werden, dass die Atome sich uniform wie ein Atom verhalten, gleichzeitig von Flüssigkeitsähnlichen Eigenschaften die Rede ist, dann ist mein Erstaunen seither groß. Hätte eher einen erstarrten Brocken, der sich wie ein Riesenatom verhält erwartet und schon gar keine Vortexe/Strudel und wieso flüssig?

Bin zu dem Thema aber abgesehen von Presseartikeln völlig unbelesen und habe nichts recherchiert. Nur so, hier mal mein frischer Ausdruck der Verwunderung.

Die Presse zur DM hatte ich auch parallel schon gelesen, interessant, wer weiß ...

@Lothar: magst Du dazu nicht einen eigenen Thread aufmachen?

Gruß,
Dgoe (Laie)
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Re: Ist die Dunkle Materie eine Supraflüssigkeit?

Beitrag von Struktron » 15. Dez 2017, 12:54

Hallo,
Dgoe hat geschrieben:
15. Dez 2017, 00:01
@Lothar: magst Du dazu nicht einen eigenen Thread aufmachen?
Nein. Spielen mit einem CAS, um Zusammenhänge zu erkennen, kann jeder, der sich dafür interessiert.
Diskussionen von Details dazu führen leicht zu Missverständnissen, wie wir das auf astronews, in Quanten.de oder ALLTOPIC erlebt haben.
Kalte Dunkle Materie im Zusammenhang mit Heißer Dunkler Energie wird aber durch mehrere neuere Ansätze verständlicher, als bisher. Im thermodynamischen Gleichgewicht, welches bei stabilen Strukturen gegenüber der Umgebung herrschen sollte, sollten Ansammlungen mit kleineren Durchschnittsgeschwindigkeiten verbunden sein. Mein Ansatz liefert nur einen möglichen Mechanismus für die Erzeugung. Im Kontinuum der Standardphysik, wo Kräfte durch Superposition erforderlich sind, muss das durch deren Vertreter erklärt werden.
MfG
Lothar W.
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Re: Ist die Dunkle Materie eine Supraflüssigkeit?

Beitrag von Analytiker » 15. Dez 2017, 18:39

Es ist nicht ausgeschlossen, dass die Dunkle Materie vollständig durch Schwarze Löcher erklärt werden kann, insbesondere primordiale Schwarze Löcher. Die Gravitationswellenforschung kann bei der Häufigkeitsfrage von Schwarzen Löchern große Hilfestellung leisten. Interessant wird es werden, wenn die großen Detektoren mit erhöhter Messempfindlichkeit einen neuen Beobachtungslauf durchführen.

Im Moment kann die Verschmelzungsrate von Schwarzen Löchern einengt werden auf einen Fehlerbalken irgendwo zwischen 10 und 200 pro Jahr und pro Kubikgigaparsec. Bei einer Zahl am oberen Ende dieses Bereichs kann man davon ausgehen, die gesamte Dunkle Materie damit zu erklären.

Gruß
Analytiker

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Re: Ist die Dunkle Materie eine Supraflüssigkeit?

Beitrag von Dgoe » 16. Dez 2017, 01:08

Hallo Analytiker,

Echt? :shock: Die naheliegendste Überlegung ist dann also doch noch im Rennen!? Prima.

Passt irgendwie auch zu dem allerneuesten Fund letzte Woche eines Supermassiven Schwarzen Lochs/Quasars vor 13,1 Milliarden Jahren (690 Mio Jahre alt) mit satten 1 Milliarden Sonnenmassen, nachdem man schon ein 750 Millionen Jahre Altes entdeckte (letzteres weniger massiv, meine ich). Ersteres müsste schon mitten während der Reionisierungsepoche existiert haben, weil der umgebende gemessene Wasserstoff noch neutral sei, hieß es.
[Quelle: The Verge; weitere Quellen: Nature, Astrophysical Journal Letters]



Das Team rund um diese Superflüssigkeitsthese ist sicher auch nicht glücklich um das Nullergebnis, veröffentlicht am 15. November 2017 in Sachen Axion, deren Steckenpferd. (Link von Ralf aus dem Nachbarthread)
Denn Spektrum hat einen Artikel vom 13. Juni 2017 übersetzt, das Team kannte die Ergebnisse also noch nicht:
Von "Spektrum der Wissenschaft" übersetzte und redigierte Fassung des Artikels "Dark Matter Recipe Calls for One Part Superfluid" aus "Quanta Magazine", einem inhaltlich unabhängigen Magazin der Simons Foundation,. ..
von hier https://www.quantamagazine.org/dark-mat ... d-20170613

Gruß,
Dgoe
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Re: Ist die Dunkle Materie eine Supraflüssigkeit?

Beitrag von ralfkannenberg » 16. Dez 2017, 21:46

Struktron hat geschrieben:
15. Dez 2017, 12:54
Diskussionen von Details dazu führen leicht zu Missverständnissen, wie wir das auf astronews, in Quanten.de oder ALLTOPIC erlebt haben.
Hallo Lothar,

ich will da jetzt nicht im Detail drauf eingehen, auch deswegen, weil Du mir ein lieb gewonnener Foren-User bist. Trotzdem wirst Du, wenn Du nach den Gründen dafür suchst, warum die Diskussionen in den vorgenannten Foren immer ähnlich und vor allem nicht in dem von Dir gewünschten Sinne verlaufen sind, nicht umhin kommen, in den Spiegel zu schauen.

Deine Forenbeiträge zu "normalen" Themen innerhalb der Physik sind immer tadellos und bereichernd, d.h. es würde völlig genügen, wenn Du die hohen Qualitätsstandards, die Du sonst an Dich selber stellt, auch bei diesem Thema an Dich stellen würdest.


Freundliche Grüsse, Ralf

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Re: Ist die Dunkle Materie eine Supraflüssigkeit?

Beitrag von Frank » 17. Dez 2017, 19:21

Die ndie ich mir stelle.
-Ist dM überhaupt Materie, oder nur ein Platzhalterwort?
-Gibt es Ansätze das sie für uns mal nutzbar wäre? ( Schlieslich ginbt es davon wohl sehr viel mehr als sichtbare Materie)
Mit freundlichen Grüßen

Frank

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Re: Ist die Dunkle Materie eine Supraflüssigkeit?

Beitrag von tomS » 17. Dez 2017, 21:58

Dgoe hat geschrieben:
16. Dez 2017, 01:08
Die naheliegendste Überlegung ist dann also doch noch im Rennen!?
So naheliegend ist das nicht, denn man muss einen vernünftigen Mechanismus für die Entstehung genügend vieler primordialer SLs haben, und man muss sie mittels LIGO o.ä. unabhängig und direkt nachweisen.
Gruß
Tom

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Re: Ist die Dunkle Materie eine Supraflüssigkeit?

Beitrag von Analytiker » 17. Dez 2017, 22:29

Bisher ist man davon ausgegangen, dass es einfach zu wenig Schwarze Löcher gibt, die zur Erklärung der Dunklen Materie herangezogen werden konnten. Im Extremfall können Gravitationswellen direkt zur Bildung von Schwarzen Löchern führen. Dichteschwankungen beim Urknall können auch zur Bildung von Schwarzen Löchern führen. Ein weltraumgestützes Teleskop mit mehreren Millionen Kilometer Armlänge könnte Gravitationswellen vom Urknall nachweisen. Vielleicht startet eLISA schon vor 2034, vor 2028 wäre nicht realistisch, beflügelt durch die Erfolge in der Gravitationswellenastronomie.

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