Wenn auch Antimaterie genauso der Gravitation wie Materie unterliegt (also „nach unten“ fällt), dann…
Ist das Standardmodell damit bestätigt oder nicht? Denn einerseits wird dort ein Austauschteilchen der Gravitation, der Graviton, vorausgesagt, das einen Spin von 2 h-quer hat (was u. a. bedeutet, dass die Gravitation nur in eine Richtung wirken kann und nicht wie z. B. das EM-Feld anziehend oder abstoßend sein kann). Andererseits aber ist mit dem „Fall nach unten“ der Antimaterie nicht bewiesen, ob Gravitation überhaupt irgendwelche Ähnlichkeiten mit anderen Wechselwirkungen hat, sodass sie mit Elektroschwacher und Starker Wechselwirkung noch immer nicht vereint werden kann.
Was könnte also nun mit Gravitation sein?
Im AD (Antiproton Decelerator) im CERN wurde ein Antiwasserstoffatom (bestehend aus einem Antiproton und den um ihn wandelnden Positron) hergestellt. Mit diesem wurden und werden diverse Experimente durchgeführt. Eines dieser Experimente war es, ihn so abzuschirmen, dass auf ihn nur noch Gravitation wirkt. Es wurde erwartet, dass er „nach oben“ fliegt. Dieser verhält sich aber wie die herkömmliche Materie und fällt „nach unten“:
https://www.faz.net/aktuell/wissen/auch-antimaterie-faellt-nach-unten-19211832.html
6 Antworten
Es wurde erwartet, dass er „nach oben“ fliegt.
Nein wurde es nicht.
Das Ergebnis entspricht exakt dem das (fast?) jeder seriöse Physiker erstmal erwartet hätte auf Basis der bestehenden Theorien. Richtig ist, dass das Ergebnis somit die etablierten Modelle bestätigt.
Es ging nur darum, dass man vorher davon überzeugt war dass es so sein müsste, jetzt ist auch experimentell bewiesen. Und etwas experimentell zu beweisen ist halt immer besser als zu argumentieren dass so sein müsste.
Übrigens noch ein kleiner Nachtrag zum Standardmodell: Es ist mittlerweile ziemlich klar dass das Standardmodell unvollständig ist. Sehe das also nicht als einen heiligen Gral an, eher als ein unvollständiges Hilfsmittel bis wir was besseres haben.
Naja, siehe Ergänzung oben: Das Standardmodell ist insgesamt ziemlich lückenhaft, unvollständig, teilweis auch nur hingebastelt damit es irgendwie abbildet was wir experimentell sehen. Und vieles das man experimentell sieht kann mit dem SM überhaupt nicht erklärt werden. Ich würde mich daher nich so auf das SM fixieren. Das ist ein ganz nettes Modell und hilfreich für den Alltag, aber die volle "Wahrheit" (wenn man es so sagen will) beschreibt es nicht, so viel ist sicher. Daher sehe ich in den Erkenntnisen jetzt auch kein Problem für das SM.
Hallo IA3007,
Antimaterie sollte in dieselbe Richtung fallen wie normale Materie, weil Gravitation nicht eine Kraft ist wie andere auch, sondern, wie wir durch die Allgemeine Relativitätstheorie (ART) wissen, Krümmung der Raumzeit.
Der Weg eines Körpers durch die Raumzeit heißt seine Weltlinie (WL).
Wenn sich zwei Körper relativ zueinander dauerhaft nicht bewegen, verlaufen sie parallel.
Wenn ein Körper keinen Kräften unterliegt, ist seine WL eine Gerade respektive eine Geodätische (Linie); das ist die geradestmögliche Linie durch einen bestimmten Punkt und in eine bestimmte Richtung (auf einer Kugeloberfläche ist das z.B. ein Großkreis wie der Äquator oder auch ein Meridian).
In einer geometrisch flachen Fläche oder Mannigfaltigkeit (Verallgemeinerung einer Fläche) sind Geodätische, die an einer Stelle parallel verlaufen, überall parallel, in einer positiv gekrümmten (wie eine Kugeloberfläche es ist) neigen sie dazu, zusammenzulaufen.
Abb. 1: Ein Modell für einen Sprung von einem Sprungbrett, dessen Höhe durch den roten Breitenkreis dargestellt ist. Der Längengrad steht für die Zeit, der schwarze Breitenkreis darunter steht für die Höhe der Wasseroberfläche. Beide sind parallel zur WL des Erdmittelpunkts (dargestellt durch den Äquator). Während des Sprungs (gelber Kreisbogen) spüre ich keine Kraft, meine WL ist geodätisch.
Und Geodätische ist Geodätische, die macht keinen Unterschied dazwischen, was für eine Art von Teilchen etwas ist.
Außerdem "fallen" auch Photonen, und die sind ihre eigenen Antiteilchen.
Es war nur nicht experimentell überprüft, dass Antimaterie auch "abwärts" fällt. Insofern kann den Befund, dass Antimaterie nicht etwa "aufwärts" fällt, als weitere Bestätigung der ART auffassen.
Ja, das kenne ich. Hatte in meinem Studium in der Kosmologie-Vorlesung auch die ART.
Guten Tag Philip,
man kann doch eigentlich gar nicht von abwärts und aufwärts, so wie von oben und unten reden. Es gibt nur Entfernung. Wo soll auf der Erde zum Beispiel oben sein.?Einer steckt am Nordpol eine Fahne rein, mit der aufschrift oben, ein anderer am Südpol mit der aufschrift oben.
Man kann vielleicht von anziehend oder abstoßend reden.
Oder wie siehst Du das Philip?
In der Nähe eines Himmelskörpers gibt es ein Oben (von dessen Schwerpunkt weg) und ein Unten (zu dessen Schwerpunkt hin). Dass auf einem Globus und auf Landkarten Norden oben ist, ist reine Konvention.
Der "Globus" in der Abbildung ist nur ein Bild und soll so in etwa die gekrümmte Raumzeit darstellen. Ich hätte auch die "Südhalbkugel" darstellen können.
Es geht nicht um den Schwerpunkt des Universums (den es wahrscheinlich nicht gibt), sondern den Schwerpunkt eines Himmelskörpers.
Und da würde ich auch nicht unbedingt sagen, der Himmel sei dort. Das Himmlischste, was wir kennen, ist ein schöner Garten auf der Erdoberfläche. Daneben nimmt sich alles außerhalb der Erdatmosphäre ziemlich höllisch aus. Lebensfeindlich eben.
Guten Tag Philip!
Ich hatte mir auch schon überlegt wo eigentlich der Schwerpunkt des Universum liegt.
Aber muss denn alles ausserhalb der Erdatmosphäre ziemlich höllisch sein? Vielleich gibt es ja Leben irgendwo anders im Universum und das muss doch nicht höllisch sein, vielleicht lebt man da ja friedlicher, als auf der Erde. Oder noch anders gesehen muss wenn es ein ausserhalb des Universum geben könnte da höllisch sein?
Und irgendwie kommt es mir so vor die Hölle ist schon auf der Erdoberfläche.
Guten Tag Philip!
Natürlich hast Du Recht ausserhalb der Erdatmosphäre zu leben ist sehr für Leben auf der Erde lebensfeindlich. Wiederum für Leben irgendwo anders im Universum ist es bestimmt ausserhalb ihrer Atmosphäre auch lebensfeindlich.
Blos kennst Du wirklich den schönen Garten auf der Erdoberfläche?Und eine schöne Wohnung, auch ohne Garten kann doch auch was himmlisches sein.
Ich bin nun kein Physiker, sondern nur Laie.
Aber warum sollte es hinsichtlich der Gravitation einen Unterschied machen ob es sich um Antimaterie oder Materie handelt?
Es geht doch hierbei um die Ladung der Teilchen (Proton +, Elektron - bzw. Antiproton - und Positron +) und nicht um deren Masse, die in beiden Fällen stets größer Null ist. Oder anders gesagt: Antimaterie ≠ Antimasse. Und Antimasse, also Teilchen mit einer Masse kleiner Null wurden bislang nicht entdeckt und sind bestenfalls theoretisch.
Das Ding ist, dass es noch weitere Wechselwirkungen (neben der elektromagnetischen und der Gravitation) gibt, nämlich die beiden Kernkräfte: Die Schwache WW (die für die Zerfälle der Kerne sorgt) und die Starke WW (die die Kerne zusammenhält). So hat z. B. auch die starke WW ihre eigene Form von Ladung, die sogenannte „Farbladung“ (und da gibt es mehr als 2).
Bei einem Antimaterie-Teilchen ist also nicht nur die EM-Ladung, sondern auch die anderen Ladungen anders. Auch gibt es neben Ladungen weitere Eigenschaften (wie z. B. Spin), der bei einer Antimaterie anders ist. Da die schwache WW und die EM WW bereits im Modell vereint sind (es also Zusammenhänge zwischen den beiden gibt) und man auf dem guten Weg ist, sie auch mit der starken WW zu vereinen, könnte der Test mit der WW der Antimaterie (im Falle des „nach oben Fallens“) auch ein netter Versuch sein, die Gravitation zu dieser Theorie hinzuzufügen.
Ich muss zugeben, das übersteigt mein Verständnis.
Aber meines Wissens hat nur die Gravitation eine direkte Beziehung zu Masse und die anderen drei Grundkräfte scheren sich nicht um Gravitation/Masse.
Insofern erschließt sich mir auch nicht wie das Experiment mit der Antimaterie (oder genauso mit Materie) eine Tür für die Einbindung der Gravitation öffen könnte. Beides Materie und Antimaterie hat positive Masse. Insofern fällt die auch immer nach unten. Fällt etwas nach oben, rührt das von Kräften, die der Kraft der Gravitation stark genug entgegen wirken können, aber eben von anderer Natur sind alle das Konzept von Masse/Gravitation.
Aber wie gesagt, das übersteigt meine Verständnis auch.
Habe mich im Eifer des Gefechts mit dem Beispiel Spin vertan. Mein Punkt war, dass der QM-Zustand eines Teilchens aus mehr Eigenschaften als nur der EM-Ladung besteht. Und demnach sind einige dieser Eigenschaften (die mir jetzt spontan nicht einfallen) anders. So zeichnet man konsequenterweise auch im Feynman-Diagramm ein Antiteilchen anders (es verläuft zeitlich „rückwärts“).
Es wurde erwartet, dass er „nach oben“ fliegt.
da hast du was falsch verstanden.
es wurde niemals etwas anderes erwartet als dass antimaterie "nach unten" fällt.
alles andere wäre eine gigantische sensation gewesen, wohl die größte revolution der physik der letzten hundert jahre, die unser verständnis von gravitation in den grundfesten erschüttert hätte.
aber so ist einfach nur das rausgekommen was man eh vorher schon "wusste" (aber die experimentelle bestätigung fehlte halt, das war wichtig). ziemlich langweilig.
Wie schon beim Kommentar von Mertls erwähnt: Ich hatte mich im Eifer des Gefechts falsch ausgedrückt: Es wurde nicht erwartet, aber es wurde zumindest nicht ausgeschlossen.
Bei Antiteilchen verlaufen die inneren Bewegungen nur anders herum, wie beim normalen Teilchen.
Oben und unten sind relative Bezugpunkte, die daher keinerlei Relevanz für die Funktion eines Prozesses haben. Wenn etwas um 0 Uhr beginnt und nach rechts verläuft, wird es nach zwei Umläufen von links kommend dort wieder erscheinen, wo es startete.
Wenn es aber um 0 Uhr beginnt und nach links verläuft, wird es nach 2 Umläufen von rechts kommend dort wieder erscheinen, wo es startete. Verdreht man links und rechts zu oben und unten, dann beleibt es dasselbe.
Daher:
Was um 3 Uhr beginnt und nach rechts verläuft erscheint wieder um 3 Uhr, aber „fliegt“ nach unten. Und was 9 Uhr beginnt und nach links verläuft erscheint auch wieder um 9 Uhr, aber „fliegt“ nach unten.
Alle anderen Entwicklungen sind dann den gravitativen Einflüssen geschuldet.
Da habe ich mich falsch ausgedrückt. Sagen wir so: Es wurde nicht ausgeschlossen, dass es „nach oben fliegt“. So war es zumindest, als ich 2019 CERN besucht hatte.
Aber ist die Gravitation nun vom Standardmodell gänzlich ausgeschlossen?