Fünfte Urkraft? Neues Teilchen X17

Ungarischen Forschern ist - bereits 2016 - nun erneut der mögliche Nachweis einer uns unbekannten fünften Urkraft gelungen. Naturwissenschaften sind für mich leider ein Buch mit sieben Siegeln, weswegen ich die theoretischen Erkenntnisse der Forscher wirklich nur sehr rudimentär verstehe. Der Versuch wird wie folgt beschrieben:

n ihren Experimenten 2016 hatten die Forscher dünne Ziele aus Lithium-7 mit Protonen beschossen, wobei sich instabile Beryllium-8-Kerne gebildet hatten, die danach wieder zerfielen und sich in Paare aus Elektronen und Positronen aufspalteten. Laut dem Standardmodell sollte die Anzahl der beobachteten Paare allerdings abfallen, je größer der Winkel zwischen den sich voneinander entfernenden Elektronen und Positronen wird. Beobachten konnten die Physiker allerdings, dass bei etwa 140° die Anzahl der Emissionen plötzlich sprunghaft anstieg, bevor sie dann bei weiterhin anwachsendem Winkel wieder sank. Laut den Autoren war und ist dieser Anstieg groß genug, dass die instabilen Beryllium-8-Kerne ihre überschüssige Energie in Form eines neuen Partikels abgeben, der dann aber selbst wieder in ein Elektronen-Positronen-Paar zerfalle. Krasznahorkay und seine Kollegen haben die Masse dieses Teilchens damals mit etwa 17 Megaelektronvolt (MeV) berechnet

Statt weiterhin mit Beryllium-8-Isotopen zu arbeiten, haben sich die Physiker in ihren neuen Experimenten Heliumkernen angenommen. Ähnlich wie in ihren früheren Experimenten beobachteten sie auch hier die Trennung von Elektronen- und Positronenpaaren in einem nicht mit bisherigen Modellen vorhergesehenen Winkel von annähernd 115 Grad. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass auch der Heliumkern ein kurzlebiges „X17“-Boson erzeugt haben könnte.

https://www.grenzwissenschaft-aktuell.de/physiker-finden-weitere-hinweise-auf-fuenfte-grundkraft20191121/

Was meint ihr dazu? Kann man sowas wie "Vermutungen" anstellen, um was für eine Kraft es sich handeln könnte? Welche physikalischen Gesetzmäßigkeiten weisen denn noch Lücken auf?

Ich denke mal, die Themen "Dunkle Materie" und "Dunkle Energie" wären für so eine "neue" Kraft prädestinierte Kandidaten.

Hier übrigens ein Bericht in Englisch, der auch Verlinkungen zu älteren Papers enthält:

https://edition.cnn.com/2019/11/22/world/fifth-force-of-nature-scn-trnd/index.html

Die ganze Sache läuft ja jetzt schon seit 2016. Nachdem ja neben den Ungarn noch ein amerikanisches Institut an der Sache dran ist (University of California), gehe ich persönlich mal davon aus, dass Messfehler oder fehlerhafte Versuchsanordnungen eher auszuschließen sind.

Andererseits wäre das ganze so sensationell, dass ich die Zurückhaltung anderer Forscher und Institute schon verstehen kann.

Eigentlich wäre diese Sache ein Fall für "Urknall, Weltall und das Leben" leider haben die dazu noch nichts veröffentlicht.

Und an die Papers wage ich mich - ehrlich gesagt - nicht ran, sowohl aus sprachlicher als auch aus fachlicher Sicht:

https://arxiv.org/pdf/1504.01527.pdf aus 2015

https://arxiv.org/pdf/1910.10459.pdf aus 2019

Blues666 schrieb:Ich denke mal, die Themen "Dunkle Materie" und "Dunkle Energie" wären für so eine "neue" Kraft prädestinierte Kandidaten.

Ja, das steht da ja auch so. Aber welche erfahrbaren physikalischen Phänomene darf ich mir darunter vorstellen?! Ist die dunkle Materie der Gegenspieler zur Gravitationskraft? Oder ist es ein Mitspieler?

Die "Dunkle Materie" - von der man nur weiß, dass es sie geben muss, aber nicht, wie sie genau beschaffen ist - ist Masse - also Gravitation erzeugend - die mit der uns bekannten Materie nicht wechselwirkt. Du könntest einen Brocken von 10 Mio. Tonnen dunkler Materie vor Dir haben und würdest ihn nicht wahrnehmen. Du könntest auch durch diesen Brocken durchgehen, ebenso wie er durch Dich.

Die "Dunkle Energie" könnte man - oberflächlich betrachtet - als eine Kraft sehen, die der Gravitation entgegenwirkt. Allerdings würde man sich dann vielleicht sowas wie Antigravitation vorstellen, und das wäre wohl falsch. Jedenfalls ist die Dunkle Energie - von der man auch nur weiß, dass es sie offenbar geben muss - für die Ausdehnung des Universums zuständig. Und für die Beschleunigung dieser Ausdehnung...

Beides - dunkle Materie als auch dunkle Energie - ist jedenfalls nach wie vor rätselhaft, beides konnte auch noch nicht (direkt) nachgewiesen werden. Aber beides muss - in der einen oder anderen Form - existieren.

Blues666 schrieb:Und für die Beschleunigung dieser Ausdehnung...

What? Ich dachte bislang, dass die Expansion sich verlangsamt. o.O

Lexter schrieb:What? Ich dachte bislang, dass die Expansion sich verlangsamt.

Bedauerlicherweise nicht. Und sie bleibt auch nicht gleich, sie beschleunigt sich tatsächlich, und zwar immer mehr.

Dunkle Energie | Grundlagen (Harald Lesch)

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In dem Video fasst Lesch mal die Grundlagen zur dunklen Energie zusammen. Ist schon 3 Jahre alt.

Mittlerweile gilt als sicher, dass die Ausdehnung sich beschleunigt und das Ganze in einem Big Rip enden wird. Das hier ist von vor einer Woche, also recht frisch.

Droht dem Universum der Big Rip? | Harald Lesch

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Keine Sorge, wir haben trotzdem noch ein paar Milliarden Jahre Zeit... :D

Blues666 schrieb:Du könntest einen Brocken von 10 Mio. Tonnen dunkler Materie vor Dir haben und würdest ihn nicht wahrnehmen. Du könntest auch durch diesen Brocken durchgehen, ebenso wie er durch Dich.

Das ist so nicht ganz richtig, DM wirkt gravitativ. Du würdest bei 10 Mio Tonnen DM sicherlich eine gravitative Wirkung spüren.

Und genau da, kommt bei mir die Unverständnis dieser DM auf. Stellen wir uns vor ich schwebe im Weltall und vor mir wäre in solcher Brocken DM. Nun würde mich der Brocken anziehen (Gavitation), aber wohin zieht er mich? In sein Zentrum? Und wenn ich im Zentrum dieses angenommenen Kugelförmigen Brocken DM bin, bin ich dann wieder schwerelos - da ja gleichmässig alle Gravitation um mich herum wirkt? Wie könnte ich, wenn ich in der Mitte eines Kugelförmigen Brockens bin feststellen, ob dieser eine Gravitative Wirkung hat? Oder nehme ich an, diese gravitative Wirkung kommt von mir? Wenn dem so ist, eventuell sind alle Gravitaiven Berechnungen die wir haben ausgelegt auf ein System, in dem sich schon DM befindet und wären somit bei einer anderen Verteilung der DM falsch. Nehmen wir also unsere Schulssfolgerungen der Gravitaion zu Grunde, ohne die DM die uns eventuell umgibt herauszurechnen? Wie würde die Gravitaion wirken bei einem identischen System ohne DM oder mit einer anderen Dichteverteilung der DM? Fragen über Fragen....

Und ist eventuell diese 5 Grundkraft das Austauschteilchen der DM der die Gravitaion mit normaler Materie vermittelt?

Blues666 schrieb:Keine Sorge, wir haben trotzdem noch ein paar Milliarden Jahre Zeit... :D

Nein, ich bin nicht besorgt. Nur insofern, dass das doch der klassischen Urknall-Theorie widerspricht, oder etwa nicht?

Mafiatom schrieb:Du würdest bei 10 Mio Tonnen DM sicherlich eine gravitative Wirkung spüren.

Messen kann man die, aber nicht spüren im Sinne von "sinnlich erleben". Wenn Du vor dem Ayers Rock stehst, spürst Du dessen gravitative Wirkung auch nicht, und der ist nochmal bedeutend massereicher als mein lächerlicher 10-Mio.-Tonnen Kiesel. ;)

Aber ja, klar, messen kann man die gravitative Wirkung vermutlich. Ist weniger als ein hunderttausendstel G.

Lexter schrieb:Nur insofern, dass das doch der klassischen Urknall-Theorie widerspricht, oder etwa nicht?

Nein, es widerspricht meines Wissens nach nur der Vorstellung eines Universums, dessen Energiedichte hoch genug ist, damit die Ausdehnung irgendwann zum Stillstand kommt und sich wieder umkehrt.

Blues666 schrieb:Mittlerweile gilt als sicher, dass die Ausdehnung sich beschleunigt und das Ganze in einem Big Rip enden wird. Das hier ist von vor einer Woche, also recht frisch.

Also das Vid gibt das nun wahrlich nicht her, daß dies mittlerweile als sicher gälte, definitiv nicht. Ab 7:29. Fazit 7:39: "Das könnwa nicht beantworten".

Die ermittelte Expansionsgeschwindigkeit wird doch eh alle paar Jahre neu bestimmt und schwankt da stets um mehrere Kilometerchen. Insofern heißt der neu bestimmte Expansionsratenwert nicht, die Expansionsrate habe seit der letzten Messung um mehrere km/s/mPc zugelegt, wie Lesch mir unbegreiflich tatsächlich formuliert. An anderer Stelle beschreibt er dann deutlich korrekter, daß die Bestimmung der Expansionsrate nur nach Abziehen der Eigenbewegung der Sterne, Galaxien ... möglich ist - na und da haben wir das Relativitätsproblem.

Bisher galt es übrigens so, daß die Menge der Dunklen Energie pro Raumbereich konstant bliebe. Was freilich bedeutet, daß die DE zunimmt im Universum, wenn sie pro Kubikparsec stets gleich hoch wäre. Eben weil ja ständig Raum entstünde durch die Expansion. Wenn also das Universum irgendwann doppelt so viel Kubikparsec besitzt wie zu einem früheren Zeitpunkt, dann besitzt es eben auch doppelt so viel DE.

Nach dieser Vorstellung würde das Universum zwar mehr und mehr DE besitzen, die das Universum ja expandieren läßt, aber das würde nicht zum Big Rip führen. Denn bei gleichbleibend viel DE pro Kubikparsec würde die Expansionsgeschwindigkeit eines Kubikparsecs Raum ja stets gleich hoch ausfallen.

Gleichzeitig aber gibts ja noch die Gravitation, die ja die Materie aneinander "zieht" und also für eine Kontraktion des Universums sorgen würde. Nun nimmt aber die Masse im Universum bei der Expansion nicht zu, sondern bleibt gleich. Zugleich aber wirkt die Gravitation bei größeren Abständen immer weniger. Und genau da lag bisher die Erklärung für die beschleunigte Expansion des Univesums.

Seit dem Urknall expandiert das Universum. Anfangs war es kleiner als heute, hatte also weniger DE als heute (pro Kubikparsec aber stets gleich). Dafür lag die Materie aber weit dichter beieinander, die Gravitation wirkte weit stärker. Dies bremste die Urknallexpansion immer mehr aus. Die DE wirkte dem entgegen, unterlag aber in der Gesamtrechnung. Dennoch wurde das Universum dank der Anfangsexpansion immer größer, nur eben immer langsamer größer werdend. Dennoch fiel der Beitrag der Gravitation immer geringer aus, und vor evtl. 8 Milliarden Jahren war die Gravitation so schwach geworden, daß die DE zur dominierenden Kraft pro Raumeinheit wurde. Klar, daß ab diesem Zeitpunkt die Expansionsgeschwindigkeit zunahm. Und immer mehr zunimmt, da die entgegenwirkende Gravitation dank der zunehmenden Distanzen immer schwächer und schwächer wird.

Doch heißt das nicht, daß die Expansionsrate damit immer größer und größer wird, sodaß irgendwann auch "das Auto vor unserem Haus verschwindet", wie Lesch da beschreibt. Sondern die Expansionsrate nähert sich einem Wert X an, und zwar dem reinen Expansionswert, den die DE bewirken würde, wenn es Null Gravitation im Universum gäbe. Klar ist das ne Beschleunigung, denn schließlich wurde die Expansionsrate zuvor durch die Gravitation (als diese noch dominierte) immer weiter runtergeschraubt. Jetzt eben wird wieder hochgeschraubt. Aber nicht gegen unendlich, sondern gegen einen Fixwert, eben die Expansionsrate, die soundsoviel DE pro Kubikparsec eben bewirkt.

Bisher war dies die Annahme, und bisher paßte dies auch zu den ermittelten Expansionsraten der verschiedenen Distanzen. Und ich wage mal den Schuß ins Blaue, das ist auch mit der neuen Expansionsraten-Bestimmung nicht vom Tisch.

@perttivalkonen

Danke für die Ausführungen, die tatsächlich ein neues Licht für mich auf die Sache wirft. Bisher ging ich davon aus, dass ein Zunehmen der DE automatisch in einen Big Rip führt. Gut erklärt!

Schön das mal einer der Cracks hier mitmischt. Was hältst Du von der "Neuen Kraft"?

@perttivalkonen
Ahhh, ja, so macht es wieder Sinn. Vielen Dank.

Blues666 schrieb:Schön das mal einer der Cracks hier mitmischt. Was hältst Du von der "Neuen Kraft"?

Oh nein, bin dann doch arg Laie mit begrenztem Verständnis. Was die fünfte Grundkraft oder Wechselwirkung betrifft, so bin ich da allerdings sehr skeptisch. Die übrigen vier Kräfte sind so grundlegend, daß sie universell wirken, praktisch überall. Und daß mit ihnen praktisch alle physikalischen Prozesse erklärt werden können. Die fünfte Kraft aber scheint irgendwie nicht so universell zu sein; zur Erklärung der Physik des Universums hat sie uns bisher nicht grad gefehlt. Ich wills nicht ausschließen, daß es dennoch so ne Fünfte Kraft gibt, aber bevor nicht das Grundlegende, das Universelle, das Physikerklärende an ihr beschrieben wird, würd ich arg vorsichtig sein, das neuentdeckte Phänomen gleich so hoch anzubinden.

Hier bei Scienceblogs wird es versucht zu erklären, was es mit der 5ten Grundkraft auf sich hat.

http://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2019/12/03/die-fuenfte-kraft-und-das-hartnaeckig-hypothetische-x17-teilchen/

Für Leute dich ein wenig besser auskennen, gibt es diese Erklärung.

http://scienceblogs.de/hier-wohnen-drachen/2019/11/23/die-fuenfte-kraft-entdeckt/

Ein Typ ist da ziemlich skeptisch.
1. Das Teilchen muss seltsame und einzigartige Eigenschaften haben, damit es bei diesen Experimenten Auswirkungen hat aber bisher keine Auswirkungen hatte bei anderen Experimenten, die auf ähnliche Arten nach so einem Teilchen suchten. Bisherige Erklärungsversuche für mögliche Gleichungen sind entweder gescheitert oder laut Meinung es Autors "gekünstelt".
2. Es gab bereits ähnliche Ankündigungen z.B. beim Pentaquark in 2003. Mehrere Expertengruppen hatten die Existenz damals bestätigt, andere wiederum hatten kein Glück. Mehrere Jahre später hat sich ergeben, dass es das Pentaquark definitiv nicht gibt.

Freie Übersetzung von:

https://profmattstrassler.com/2019/11/25/has-a-new-force-of-nature-been-discovered/

In paar Jahren werden wir wohl schlauer sein.

Wikipedia: Pentaquark#Die Entdeckung

switchy schrieb:Mehrere Jahre später hat sich ergeben, dass es das Pentaquark definitiv nicht gibt.

9 Sigma ist definitiv eine Entdeckung.

@Celladoor
Danke, ich hab jetzt nicht selber nachgeschaut. Dann weiss ich leider nicht genau, was der Autor meint. Wobei das ja nur ein Beispiel war.

Celladoor schrieb:9 Sigma ist definitiv eine Entdeckung

Das verstehe ich ja noch. Aber welche Erkenntnis zieht man daraus, ggf, auch neue Fakten?

Ich schließe mich der Fragen von @skagerak an. Es muss ja trotzdem irgendwelche theoretischen Erkenntnisse, wenn auch nur hypothetische, geben.

skagerak schrieb:Das verstehe ich ja noch. Aber welche Erkenntnis zieht man daraus, ggf, auch neue Fakten?