Welche Phasenübergänge spielten sich im frühen Universum ab?

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Detektion eines Higgs-Kandidaten am 10. Juni 2012 am Detektor ATLAS am CERN (© CERN)
Simulation des Zerfalls eines Higgs-Teilchens im ATLAS-Detektor am CERN. // © CERN

Das junge Weltall war der Schauplatz sehr schneller Wechsel mit unterschiedlichen Formen von Materie. Diese Phasen werden von den Wissenschaftlern der Research Area D untersucht. 10^-36 Sekunden nach dem Urknall, das ist eine unfassbar kurze Zeit mit 35 Nullen hinter dem Komma, war das Universum mit 10^29 Grad Celsius unvorstellbar heiß. Es war bevölkert von Kraftteilchen und Materieteilchen (Quarks und Leptonen). Man vermutet, dass in dieser Zeit drei der vier fundamentalen Kräfte eine Einheit bildeten und spricht daher von den „Grand Unified Theories“ (GUT) – die starke Kraft (welche die Quarks und damit die Atomkerne zusammenhält), die schwache Kraft (die auch für die Radioaktivität verantwortlich ist) und die elektromagnetische Kraft. Nur die Gravitation „tanzte aus der Reihe“.

Nach der GUT-Ära spaltete sich zunächst die starke Wechselwirkung ab. Während dieses Übergangs dehnte sich das Universum schnell aus und kühlte sich gleichzeitig ab. Im Folgenden trennten sich auch die schwache und die elektromagnetische Kraft voneinander. Mit den selbstständig gewordenen Kräften erhielten auch die Elementarteilchen Quarks und Leptonen ihre Eigenschaften, die wir heute aus Laborexperimenten kennen. Die starke Kraft verklebte die Quarks zu Protonen und Neutronen – die Bausteine der Atomkerne. Da Protonen und Neutronen die Gruppe der Hadronen bilden, bezeichnet man diesen Vorgang auch als Hadronisierung.

Ein weiteres Ziel der Forscher in der Research Area D ist die Suche nach dem Higgs-Boson – ein Kraftfeld, das den Elementarteilchen Masse verleiht. Das Higgs-Teilchen soll experimentell im LHC (Large Hadron Collider) am CERN erzeugt werden: In diesem Beschleunigungsexperiment kollidieren Protonen mit hohen Energien. Beim anschließenden Zerfall müssen Wissenschaftler das „Higgs“ aus über einer Milliarde bedeutungsloser Ereignisse herausfiltern.  

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