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Antimaterie und das zitternde Vakuum

Physik der Elementarteilchen, Teilchenbeschleuniger; insbs. eine einführende Artikelserie in das Thema
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Antimaterie und das zitternde Vakuum

Beitrag von Frank » 23. Feb 2020, 10:04

Ob die Experimente mit Antimaterie dereinst eine vergleichbare Überarbeitung unseres Weltbilds notwendig machen? Ziele für weitere Messungen haben die Forscher der ALPHA-Kollaboration laut eigener Aussage jedenfalls genug: Bisher könne man auf die Lambverschiebung bei Antiwasserstoff nur auf Umwegen schließen, heißt es in dem neuesten »Nature«-Paper. Auch gebe es noch eine beträchtliche Messunsicherheit. Künftig werde man Antiwasserstoff also noch etwas genauer unter die Lupe nehmen – in der Hoffnung, dass endlich ein Unterschied zwischen Materie und Antimaterie auftaucht.
https://www.spektrum.de/news/antimateri ... um/1706444

Gibt es (für Laien verständliche) Theorien, die einigermaßen Plausibel auf den "Unterschied" von Materie und Antimaterie eingehen?
Irgendwie muss es doch zu dem Materie-Überschuss in unserem Universum gekommen sein? :wn:
Mit freundlichen Grüßen

Frank

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Re: Antimaterie und das zitternde Vakuum

Beitrag von tomS » 23. Feb 2020, 12:12

Was meinst du genau mit „Unterschied“?

Die Physiker verstehen darunter den Unterschied zwischen a) dem experimentell nachgewiesenen Verhalten realer Antimaterie sowie dem b) theoretisch berechneten Verhalten der Antimaterie als exaktem „Spiegelbild“ der Materie (der Begriff „Spiegelbild“ ist physikalisch nicht ganz korrekt, aber ich denke, du weißt, was ich meine).

Dazu kennt man bereits seit Jahrzehnten sehr präzise Ergebnisse für Elementarteilchen; hier geht es jedoch darum, dies an größeren Systemen zu untersuchen, also nicht an einem Neutrino, sondern an einem komplexen System wie einem Wasserstoffatom.
Gruß
Tom

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Re: Antimaterie und das zitternde Vakuum

Beitrag von seeker » 23. Feb 2020, 12:13

Frank hat geschrieben:
23. Feb 2020, 10:04
Gibt es (für Laien verständliche) Theorien, die einigermaßen Plausibel auf den "Unterschied" von Materie und Antimaterie eingehen?
Puhh... also in erster Näherung gibt es keinen Unterschied, außer der umgekehrten Ladung.
Frank hat geschrieben:
23. Feb 2020, 10:04
Irgendwie muss es doch zu dem Materie-Überschuss in unserem Universum gekommen sein?
Das ist eben die große Frage. Entweder gibt es diesen Überschuss genügend großräumig gesehen gar nicht oder es gibt doch noch kleine Unterschiede, die aber genügend groß sind, sodass am Ende so viel mehr normale Materie übrig geblieben ist, wie wir das in unserem Beobachtungshorizint zu sehen glauben.
Man hat schon Unterschiede gefunden, aber die waren noch zu klein, um den Materieüberschuss mit unseren Modellen erklären zu können.
Deshalb forscht man da weiter. Da gehts um so Sachen wie Symmetrieverletzungen.
Grüße
seeker


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Re: Antimaterie und das zitternde Vakuum

Beitrag von Skeltek » 23. Feb 2020, 13:12

Ist es nicht möglich, daß unsere Hubblesphäre (und extrem weiter Radius drumherum) seit dem Urknall im Durchschnitt intrinsisch leicht negativ geladen ist? In Eperimenten würde sich das doch herauskürzen bzw wäre unter Umständen gar nicht nachweisbar?
Die Genese von Materie geschah erst nach dem Urknall; wäre es da nicht möglich, daß z.B. Elektronen und Positronen einfach nicht exakt dieselbe Ladung haben? Alles was wir wissen ist, daß bei der Genese von Elektron-Positron-Paaren beide Teilchen gleich weit vom Nullniveau sind (egal wo das nun liegen mag). Elektron + Positron müssen elektrisch nicht neutral sein: Wenn beide zusammen gemeinsam das Nullniveau wieder herstellen, dann würde u.U. Kräftegleichgewicht herschen?
Es scheint zumindest für mich relativ offensichtlich, daß es die Wechselwirkung mit dem Vakuum ist, welche Materie und Antimaterie zu unterschiedlichem Verhalten bringt.
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Re: Antimaterie und das zitternde Vakuum

Beitrag von Frank » 23. Feb 2020, 15:34

tomS hat geschrieben:
23. Feb 2020, 12:12
Was meinst du genau mit „Unterschied“?
Wenn die Antimaterie genau das Spiegelbild ist von der "normalen" Materie, dann dürfte es doch im Grunde nichts geben? :wn:
Dass es wohl einen Unterschied geben muss, ist mir klar, aber wenn ich den Artikel verstanden habe, dann hat es auch wieder nur den Nachweis erbracht, das die Antimaterie genau das Gegenstück der anderen ist. :wn:
Mit freundlichen Grüßen

Frank

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Re: Antimaterie und das zitternde Vakuum

Beitrag von Herr5Senf » 23. Feb 2020, 18:31

2010 wurde die These "erfunden" das sich die Antimaterie in der Dunklen Materie versteckt ;i
Die DM "trägt" also die fehlende negative Baryonenladung, nur ist das auch wieder ein Symmetriebruch.
Hilft bei der Erklärung wohl nicht weiter, aber es passiert nichts, weil die DM (rein) gravitativ wirkt.
Die aus dem CMB abgeleitete Asymmetrie in der sichtbaren Materie beträgt 6*10^-10 "wirkfähige" AM.
https://physics.aps.org/synopsis-for/10 ... 105.211304 "The X factor"

Grüße Dip

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Re: Antimaterie und das zitternde Vakuum

Beitrag von tomS » 23. Feb 2020, 18:33

Wir müssen sehr genau unterscheiden, bei welchen Systemen wir Unterschiede erwarten und bei welchen nicht.

Zunächst mal zur Theorie:

Es ist unumstritten - sowohl theoretisch als auch experimentell - dass unser Universum CPT-invariant ist, also unter gemeinsamer Anwendung von C = Ladungsumkehr, P = Paritätsumkehr = Raumspiegelung sowie T = Zeitumkehr; d.h. ein Prozess ist von dem CPT-transformiertem Prozess ununterscheidbar.

https://en.m.wikipedia.org/wiki/CPT_symmetry

Man ging zunächst auch davon aus, dass dies für C, P und T getrennt gilt (in diesem Falle wären die beiden Prozesse natürlich unterscheidbar, jedoch würde der zu einem beliebigen Prozess A X-transformierte Prozess XA identisch aussehen wie ein realer Prozess A‘. Man kann sich das z.B. mittels Raumspiegelung überlegen; Rechts- und Linkskurven folgen den selben physikalischen Gesetzen.

Interessant war nun, dass man im Rahmen der schwachen Wechselwirkung beim sogenannten beta-Zerfall entdeckte, das die P-Invarianz maximal verletzt ist:

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Parity_(physics)
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Wu_experiment

Konkret: es existiert je Neutrino bzw. Antineutrino nur eine Händigkeit, die andere kommt nicht vor (oder sie kommt vor, die entsprechenden Teilchen sind jedoch absolut steril = wechselwirkunfsfrei.

Nimmt man nun an, dass CP gilt, so ist auch C maximal verletzt. C ist gerade die Ladungsumkehr, d.h. sie überführt Teilchen in Antiteilchen, hier also Neutrinos in Antineutrinos u.u. Nimmt man ein linkshändiges Neutrino, so führt die theoretische Anwendung von C auf ein linkshändiges Antineutrino; das existiert jedoch nicht, und kommt im Standardmodells auch theoretisch nicht vor.

Siehe in der Tabelle die Spalte „weak“ sowie die Zeile „affected particles“

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Standard_Model

sowie hier „a chiral theory“

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Mathema ... ral_theory

Bei Voraussetzungen von CP-Invarianz zeigt die experimentell bestätigte Verletzung der P-Invarianz zugleich die Verletzung der C-Invarianz. D.h. Materie und Antimaterie verhalten sich tatsächlich unterschiedlich - jedoch gilt dies in der bisherigen Argumentation ausschließlich für Neutrinos und Antineutrinos, sonst für kein anderes Teilchen.

Im Rahmen der CP-Verletzung wird’s noch diffiziler. Jedenfalls ist die Konsequenz immer die selbe: die bekannte Asymmetrie für spezielle physikalische Prozesse ist viel zu klein, um die heute beobachtete Asymmetrie zu erklären. Und an größeren Systemen - Atomen usw. - bei denen die schwache Wechselwirkung und deren P- bzw. CP-Verletzung keine Rolle spielt, beobachtet man auch keine solche.
Gruß
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Re: Antimaterie und das zitternde Vakuum

Beitrag von Hansen » 23. Feb 2020, 21:48

Frank hat geschrieben:
23. Feb 2020, 10:04
Irgendwie muss es doch zu dem Materie-Überschuss in unserem Universum gekommen sein? :wn:
Wieso Überschuss, gibt es eine Regel das es 2 gleich große Mengen an Materie geben muss?

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Re: Antimaterie und das zitternde Vakuum

Beitrag von seeker » 24. Feb 2020, 09:07

Hansen hat geschrieben:
23. Feb 2020, 21:48
Wieso Überschuss, gibt es eine Regel das es 2 gleich große Mengen an Materie geben muss?
Bei der Paarerzeugung entstehen immer gleich viele Teilchen wie Antiteilchen.
Grüße
seeker


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Re: Antimaterie und das zitternde Vakuum

Beitrag von Frank » 24. Feb 2020, 09:24

Hansen hat geschrieben:
23. Feb 2020, 21:48
Frank hat geschrieben:
23. Feb 2020, 10:04
Irgendwie muss es doch zu dem Materie-Überschuss in unserem Universum gekommen sein? :wn:
Wieso Überschuss, gibt es eine Regel das es 2 gleich große Mengen an Materie geben muss?
ich möchte zu Seekers Antwort noch anfügen, das Materie und Antimaterie sich sofort gegenseitig vernichten und übrig bleibt außer Energie eben nichts.
Da immer gleich viele Teilchen entstehen, hätten sie sich im Grund alle vernichten müssen.
Wieso gibt es dann soviel Materie im All und so wenig Antimaterie?
Mit freundlichen Grüßen

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Re: Antimaterie und das zitternde Vakuum

Beitrag von tomS » 24. Feb 2020, 09:52

Wenn man annimmt, dass zu einem sehr frühen Zeitpunkt Materie und Antimaterie zu gleichen Teilen vorhanden sind, dann wird sich aufgrund der o.g. Mechanismen eine kleine Asymmetrie einstellen, die den heutigen Materieüberschuss nicht erklären kann.

Daraus ergeben sich zwei mögliche Konsequenzen:
a) Materie und Antimaterie sind in einer sehr frühen Phase - der Planckphase, deren Physik wir heute noch nicht verstehen - asymmetrisch entstanden; oder
b) die Asymmetrie hat sich in einer späteren Phase über einen neuen Mechanismus - den wir heute nicht kennen und verstehen - entwickelt.
Gruß
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Re: Antimaterie und das zitternde Vakuum

Beitrag von Herr5Senf » 24. Feb 2020, 10:01

Warum sollte die Materie im Universum durch Paarerzeugung entstanden sein? Was ist die Begründung?
Das Universum entstand per Urknall als ein Schalter "umgelegt" wurde, ein Flop aus dem Nichts.
Von vielen Möglichkeiten für irgendwas fiel der Würfel auf die "6" Materie, die Antimaterie auf der Kippe.

Der Zufall war eine Anfangsbedingung, die sich für entweder/oder entscheidet - Dip

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Re: Antimaterie und das zitternde Vakuum

Beitrag von tomS » 24. Feb 2020, 10:53

Das entspräche in etwa meiner Möglichkeit (a)
Gruß
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Re: Antimaterie und das zitternde Vakuum

Beitrag von seeker » 24. Feb 2020, 12:11

Vielleicht gibt es nach b) auch einen Mechanismus, der mit der DM zu tun hat.
Wir glauben ja eh, dass die allermeiste Materie DM ist. Ist das DM oder Anti-DM?
Und würde sich das annihilieren, wo da doch kaum WW ist?
Wir verstehen noch zu wenig.

Was machen eigentlich die Anti-Neutrinos im Weltall? Wie lange überleben die?
Grüße
seeker


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Re: Antimaterie und das zitternde Vakuum

Beitrag von Hansen » 9. Mär 2020, 01:33

seeker hat geschrieben:
24. Feb 2020, 09:07
Hansen hat geschrieben:
23. Feb 2020, 21:48
Wieso Überschuss, gibt es eine Regel das es 2 gleich große Mengen an Materie geben muss?
Bei der Paarerzeugung entstehen immer gleich viele Teilchen wie Antiteilchen.
Das kann nur stimmen wenn wir alle Materie kennen. Ausnahmen gibt es oft.

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Re: Antimaterie und das zitternde Vakuum

Beitrag von tomS » 12. Mär 2020, 08:10

seeker hat geschrieben:
24. Feb 2020, 12:11
Was machen eigentlich die Anti-Neutrinos im Weltall? Wie lange überleben die?
Elektron-Neutrinos und -Antineutrinos sind stabil, da es keine leichteren Teilchen gibt, in die sie zerfallen könnten.
Gruß
Tom

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Re: Antimaterie und das zitternde Vakuum

Beitrag von ralfkannenberg » 12. Mär 2020, 23:38

tomS hat geschrieben:
24. Feb 2020, 09:52
Wenn man annimmt, dass zu einem sehr frühen Zeitpunkt Materie und Antimaterie zu gleichen Teilen vorhanden sind, dann wird sich aufgrund der o.g. Mechanismen eine kleine Asymmetrie einstellen, die den heutigen Materieüberschuss nicht erklären kann.

Daraus ergeben sich zwei mögliche Konsequenzen:
a) Materie und Antimaterie sind in einer sehr frühen Phase - der Planckphase, deren Physik wir heute noch nicht verstehen - asymmetrisch entstanden; oder
b) die Asymmetrie hat sich in einer späteren Phase über einen neuen Mechanismus - den wir heute nicht kennen und verstehen - entwickelt.
Hallo Tom,

"könnte" es nicht sein, dass sich aufgrund eines noch unbekannten Prozesses die Antimaterie in Teilchen umgewandelt hat, die man heutzutage der Materie zuordnet ?

Wenn also beispielsweise Anti-Protonen sich *irgendwie" in Elektronen umgewandelt hätten würde eine solche "Milchmädchen-Rechnung" ja weitestgehend aufgehen, da das Universum als Ganzes meines Wissens ungeladen ist.


Freundliche Grüsse, Ralf

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Re: Antimaterie und das zitternde Vakuum

Beitrag von Herr5Senf » 13. Mär 2020, 14:24

Die Axiogenese war es https://arxiv.org/abs/1910.02080 GoogleT übersetzt leicht verständlich ;?
Wir schlagen einen Mechanismus vor, der Axiogenese genannt wird und bei dem der kosmologische Überschuss an Baryonen gegenüber Antibaryonen durch die Rotation des QCD-Axions erzeugt wird. Die Peccei-Quinn (PQ) -Symmetrie kann im frühen Universum explizit gebrochen werden, wodurch die Rotation eines PQ-geladenen Skalarfelds induziert wird. Die Rotation entspricht der Asymmetrie der PQ-Ladung, die über QCD- und elektroschwache Sphaleronübergänge in die Baryonenasymmetrie umgewandelt wird. In dem von uns untersuchten konkreten Modell ergibt sich eine interessante Phänomenologie aufgrund der Vorhersage einer kleinen Zerfallskonstante und der Verbindungen mit der neuen Physik am LHC und zukünftigen Kollidern sowie mit der Dunklen Materie des Axions.
Grüße Dip

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Re: Antimaterie und das zitternde Vakuum

Beitrag von Frank » 13. Mär 2020, 15:34

Herr5Senf hat geschrieben:
13. Mär 2020, 14:24
Die Axiogenese war es https://arxiv.org/abs/1910.02080 GoogleT übersetzt leicht verständlich ;?
Wir schlagen einen Mechanismus vor, der Axiogenese genannt wird und bei dem der kosmologische Überschuss an Baryonen gegenüber Antibaryonen durch die Rotation des QCD-Axions erzeugt wird. Die Peccei-Quinn (PQ) -Symmetrie kann im frühen Universum explizit gebrochen werden, wodurch die Rotation eines PQ-geladenen Skalarfelds induziert wird. Die Rotation entspricht der Asymmetrie der PQ-Ladung, die über QCD- und elektroschwache Sphaleronübergänge in die Baryonenasymmetrie umgewandelt wird. In dem von uns untersuchten konkreten Modell ergibt sich eine interessante Phänomenologie aufgrund der Vorhersage einer kleinen Zerfallskonstante und der Verbindungen mit der neuen Physik am LHC und zukünftigen Kollidern sowie mit der Dunklen Materie des Axions.
Grüße Dip
Schließe mich an..... ;?
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Frank

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Re: Antimaterie und das zitternde Vakuum

Beitrag von Herr5Senf » 15. Apr 2020, 18:30

Es entscheidet wohl doch die CP-Verletzung, Neutrino und Antineutrino verhalten sich unterschiedlich:
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2177-0 "Constraint on the matter–antimatter symmetry-violating phase in neutrino oscillations"

Das sind die neuesten Ergebnisse von T2K (Tokai to Kamioka)
Dr. Laura Kormos meint, die Welt strebe nach maximaler Asymmetrie, die Neutrinos bestimmen das Schicksal des Universums.

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Re: Antimaterie und das zitternde Vakuum

Beitrag von ralfkannenberg » 15. Apr 2020, 18:56

Herr5Senf hat geschrieben:
15. Apr 2020, 18:30
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2177-0 "Constraint on the matter–antimatter symmetry-violating phase in neutrino oscillations"
Kostenfreier Preprint: Constraint on the Matter-Antimatter Symmetry-Violating Phase in Neutrino Oscillations (335 Autoren)

Das letzte Mal, dass ich eine Arbeit mit so vielen Autoren gesehen habe war die Messung der myonischen Neutrinos mit Überlichtgeschwindigkeit, über die ich erst gestern hier im Forum berichtet habe.


Freundliche Grüsse, Ralf


P.S. Es ist gar nicht so einfach, die Original-Arbeit des OPERA-Experimentes zu finden:
Measurement of the neutrino velocity with the OPERA detector in the CNGS beam (173 Autoren)

The corresponding relative difference of the muon neutrino velocity and the speed of light is:

(v-c)/c = δt /(TOF’c - δt) = (2.48 ± 0.28 (stat.) ± 0.30 (sys.)) ×10-5.

with an overall significance of 6.0 σ.
Despite the large significance of the measurement reported here and the stability of the analysis, the potentially great impact of the result motivates the continuation of our studies in order to investigate possible still unknown systematic effects that could explain the observed anomaly. We deliberately do not attempt any theoretical or phenomenological interpretation of the results.

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Re: Antimaterie und das zitternde Vakuum

Beitrag von Herr5Senf » 16. Apr 2020, 20:11

es gibt auch eine "einfache" Erklärung der T2K-Messungen vom Quantamagazin "Neutrino Asymmetry Passes Critical Threshold"
https://www.quantamagazine.org/neutrino ... -20200415/
The first official evidence of a key imbalance between neutrinos and antineutrinos provides one of the best clues for
why the universe contains something rather than nothing.
Grüße Dip

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