Kosmologie

Falschfarbenbild der kosmischen Hintergrundstrahlung.; © WMAP, NASA.

Was hat die Teilchenphysik mit der Kosmologie zu tun? Es stellt sich heraus, dass, um die größten Strukturen im Universum besser verstehen zu können, es einer tieferen Kenntnis der Teilchenphysik bei höheren Energien bedarf. Salopp gesprochen:

Um die allergrößten Strukturen des Universums zu verstehen, müssen wir die allerkleinsten Teilchen kennen.

Je weiter die Teilchenphysik also auf der Energieskala vordringt, umso besser verstehen wir das Universum als "Ganzes".

Und umgekehrt: je besser wir die größten und energiereichsten Phänomene des Universums verstehen, umso genauer kann man auch Erwartungen an neue, noch zu entdeckende Teilchen im Mikrokosmos formulieren.

Diese Verschmelzung der beiden Fächer vollzieht sich im jungen Teilgebiet der Astroteilchenphysik.

Eine sehr wichtige offene Frage auf diesem Gebiet ist die Frage der Existenz der

Dunklen Materie

Die Rotationsgeschwindigkeit der Sterne als Funktion des Abstandes des Sternes zum Galaxienzentrums. A: theoretische Voraussage, B: tatsächliche Beobachtungen.

Unsere Sonne dreht sich um das Zentrum unserer Galaxie mit einer bestimmten Geschwindigkeit. Damit unsere Sonne nicht ins Zentrum der Galaxis hineinfällt und unsere Galaxie auch nicht verlässt, müssen die Anziehungskraft der Galaxis und die Fliehkraft der Sonne (verursacht durch die Rotation) im Gleichgewicht sein.

Es stellt sich jedoch heraus: Die Sterne in unserer Galaxie, der Milchstraße, bewegen sich zu schnell (siehe Skizze)! Wären unsere Annahmen über den Materiegehalt unserer Galaxie korrekt, müssten die äusseren Sterne weggeschleudert werden! Eine neuartige, "dunkle" Form der Materie könnte die große Diskrepanz zwischen Theorie und Experiment erklären.

Viele Indizien wie diese lassen die Physiker seit einiger Zeit vermuten, dass es Dunkle Materie tatsächlich gibt. Hierbei kann die Teilchenphysik eine entscheidende Rolle spielen: die postulierte Theorie der Supersymmetrie postuliert tatsächlich einen Kandidaten für ein Teilchen, dass diese Dunkle Materie bilden könnte! Es wird eine wichtige Aufgabe des LHC sein, nach diesem Kandidaten zu suchen.

http://chandra.harvard.edu/photo/2006/1e0657/

Crash zweier Galaxiencluster, ein gigantisches kosmisches Ereignis, bei dem ebenfalls die Dunkle Materie ihre Hände im Spiel haben muss. Falschfarbenbild. Die blauen Nebel stellen die errechnete Dunkle Materie dar. © Chandra, NASA, NASA.