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Kalte Neutronen: Hinweise auf Extradimension?

Physik der Elementarteilchen, Teilchenbeschleuniger; insbs. eine einführende Artikelserie in das Thema
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seeker
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Kalte Neutronen: Hinweise auf Extradimension?

Beitrag von seeker » 20. Jul 2011, 21:35

Hallo Leute,
ich habe gerade etwas in http://www.pro-physik.de gestöbert und habe dort zufällig eine schon 9 Jahre alte Meldung gefunden:

Kalte Neutronen zeigen Quanteneffekt der Schwerkraft
http://www.pro-physik.de/Phy/leadArticle.do?laid=622

Das war mir völlig neu und hat mich ja fast von den Socken gehauen!
Was ist davon zu halten?
Weiß jemand genaueres darüber? Hat sich das bestätigt? Gibt es inzwischen neuere Erkenntnisse dazu?

Edit:
Insbesondere, wenn man diese Meldung hier berücksichtigt:

Herausforderung für die Quantengravitation
GRB-Beobachtung deutet auf eine "feinsandige" Raumzeit hin.
http://www.pro-physik.de/Phy/leadArticle.do?laid=14196

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Re: Kalte Neutronen zeigen Quanteneffekt der Schwerkraft

Beitrag von tomS » 21. Jul 2011, 01:59

Den ersten Artikel kann man nur mit Login lesen; kannst du das kurz zusammenfassen?

Den Inhalt des zweiten Artikels hatte ich hier kommentiert: viewtopic.php?f=52&t=1884
Gruß
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Re: Kalte Neutronen zeigen Quanteneffekt der Schwerkraft

Beitrag von seeker » 21. Jul 2011, 23:08

OK, danke. Ich wusste noch, dass da doch etwas war... hatte den Thread aber gestern nicht gefunden...

Zum 1. Link: Das ist natürlich blöd und war mir nicht aufgefallen.

Ich habe hier freie Meldungen gefunden:
http://www.wissenschaft.de/wissenschaft ... 50774.html
http://www.heise.de/tp/artikel/11/11624/1.html

Meine Frage ist immer noch, was davon zu halten ist und ob bzw. welche Erkenntnisse man daraus in Richtung gequantelte Raumzeit gewinnen kann/konnte.
Wie ist das einzuordnen?

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Re: Kalte Neutronen zeigen Quanteneffekt der Schwerkraft

Beitrag von tomS » 21. Jul 2011, 23:23

Ich halte das nicht für einen Nachweis der Quantisierung dr Gravitation, aber ich müsste mal den Orginalartikel lesen. Mein Argument lautet wie folgt:

Der Einfluss des Schwerefeldes in diesem Experiment lässt sich durch einen klassischen, stetigen Potentialtopf beschreiben, innerhalb dessen sich gemäß der Quantemechanik diskrete Energieniveaus ausbilden. Man kann ein ähnliches Experiment ja z.B. auch für Elektronen in einem elektrischen Potentialtopf durchführen; man erhält durchaus quantisierte Energieniveaus der Elektronen, aber das hat noch nichts mit der Quantisierung des elektromagnetischen Feldes selbst zu tun. Im Wasserstoffatom hat man auch diskrete Energieniveaus, das elektrische Feld wird aber klassisch (und nicht dynamisch) als reines Coulombpotential beschrieben.

Wenn man ein quantenfeldtheoretisches Analogon bemühen möchte, dann wäre das die quantisierte Hohlraumstrahlung oder der Casimireffekt. In diesem Fall wäre dann analog das Gravitatationsfeld selbst quantisiert, aber das hat man ja hier offensichtlich nicht gemessen.

Also: Hut ab bzgl. der hochpräzisen Experimente, aber um Quantengravitation handelt es sich dabei m.E. nicht!
Gruß
Tom

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Re: Kalte Neutronen zeigen Quanteneffekt der Schwerkraft

Beitrag von Ray Light » 22. Jul 2011, 21:52

Hallo zusammen

Es handelt sich bei dem Neutronen-Experiment nicht um den Nachweis einer quantisierten Gravitation, sondern um den Test von Extradimensionen. Das Experiment involviert schöne Standard-Quantenmechanik, nämlich das Schrödinger-Problem, also eine Wellenfunktion (die das Neutron beschreibt) in einem Kasten (zu berücksichtigen mit Randbedingungen). Erschwerend - im wahrsten Sinne des Wortes - kommt bei der Beschreibung die Schwerkraft dazu, aber dennoch ist es eine verhältnismäßig leichte Mathematik für einen Physikstudenten im 5. Semester.

Ein Theoretiker kann das Newton-Gesetz für eine beliebige Zahl räumlicher Dimensionen aufschreiben. Der charakteristische Abfall der Gravitationskraft mit dem Abstandsquadrat gilt nur bei exakt drei Raumdimensionen. Sollte es weitere Raumdimensionen geben, so würde das Kraftgesetz stärker abfallen (z.B. mit dem Abstand in der 4. Potenz). Das liegt anschaulich daran, weil die Feldlinien des Gravitationsfeldes sich in weitere Raumdimensionen "ausdünnen".

Interessant ist die Frage, weil welchen Längenskalen dieses modifizierte Schwerkraftgesetz denn tatsächlich auftreten könnte. Offenbar kann das nicht im Meterbereich passieren, denn da beobachten wir ja das klassische Newton-Gesetz und können es präzise bestätigen (in der Baustatik, mit Raketen etc.). Aber gilt das auch im Millimeter-, Mikrometer- Nanometer-Bereich? Und wie sieht es auf Skalen von Lichtjahren und Gigaparsec aus? Das muss man dann eben testen. Mit diversen Experimenten, auf der kleinen Skala mit Table-top-Experimenten, die sozusagen in ein Wohnzimmer passt; auf der großen Skala dann eben mit der Himmelsmechanik im Sonnensystem oder mit dem Wachstum großräumiger Struktur auf der Skala von Mrd. Lichtjahren.

Die ART ist bislang über jeden Zweifel erhaben, und es gibt keine Hinweise auf mehr als drei Raumdimensionen. Aber ganz ausschließen kann man sie nicht - aber eine Evidenz gibt es eben auch nicht (bis auf einen schwachen Hinweis in Gestalt des Hierarchie-Problems, siehe http://www.wissenschaft-online.de/astro ... .html#hier ).

Damals, bei Abeles 1. nature paper, war das Experiment Aufsehen erregend, weil es ein Fenster in den Mikrometerbereich geöffnet hat, um bei diesen kleinen Längenskalen das klassische Newtonsche Gravitationsgesetz zu testen. Das war bis dato nicht gemacht worden - daher das nature paper.
Abele war damals in Heidelberg und kam danach zu uns (TU München; Exzellenzcluster Universe). Wir haben die neuen Experimente mitfinanziert und es ist wieder ein nature paper dabei herausgekommen (April 2011; http://www.nature.com/nphys/journal/v7/ ... s1970.html), weil das Experiment verfeinert werden konnte. Damit kann man neben dem Newton-Gesetz auch die Lorentz-Invarianz (eine Symmetrie in Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie) testen. Mittlerweile hat Abele den Ruf an die TU Wien angenommen.

Siehe dazu auch meinen Kurzbericht zu den ersten Experimenten:
http://www.wissenschaft-online.de/astro ... html#exdim
(unter "Tabletop-Experimente & Mega-Projekte")

Beste Grüße,
Ray Light
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Re: Kalte Neutronen zeigen Quanteneffekt der Schwerkraft

Beitrag von tomS » 23. Jul 2011, 11:05

Hallo Ray,

schön, dass du immer wieder mitliest - und danke für die Hintergrundinformationen.

Mir fällt in letzter Zeit negativ auf, dass in derartigen Berichten immer wieder ein falscher Kontext genannt wird und unzutreffende Zusammenhnänge suggeriert werden (Lorentzinvarianz - quantisierte Raumzeot - !LQG; oder jetzt Quantengravitation). Das ist umso bedauerlicher, da dies auch auf renomierte Fachzeitschriften bzw. deren Webseiten zutrifft.
Gruß
Tom

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Re: Kalte Neutronen zeigen Quanteneffekt der Schwerkraft

Beitrag von seeker » 23. Jul 2011, 11:08

Auch von mir Danke an euch beide!

Zu dem was Tom schreibt finde ich es aber klasse, dass man dann ja hier aufgeklärt wird!
Prima!

Grüße
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Re: Kalte Neutronen: Hinweise auf Extradimension?

Beitrag von tomS » 23. Jul 2011, 11:39

ich habe den Titel gemäß Ray's Erklärung geändert
Gruß
Tom

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Re: Kalte Neutronen: Hinweise auf Extradimension?

Beitrag von Ray Light » 23. Jul 2011, 22:59

Hallo nochmal

Ich habe mir nochmal genau die Meldung unter http://www.pro-physik.de/Phy/leadArticle.do?laid=622 angeschaut und in der Tat ist das eine falsche Darstellung. Da ist der Journalist über das Ziel hinaus geschossen. Das Neutron existiert in quantisierten Zuständen, ja; aber es ist kein Ergebnis dieser Messungen, dass die Gravitation gequantelt sei!

Dieser Nachweis wäre wirklich eine Sensation, wurde aber bislang nicht erbracht.

Eigentlich wäre hier eine Gegendarstellung nötig, oder man nimmt den Quatsch gleich aus dem Netz.

Beste Grüße,
Ray
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