Teilchenphysik: Sterile Neutrinos als Dunkelmaterie-Kandidaten?

astronews.com Redaktion

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Bis heute suchen Wissenschaftler vergeblich nach den Teilchen, aus denen die Dunkle Materie besteht, die die Entwicklung des Universums entscheidend beeinflusst. Im Verdacht stehen dabei verschiedene Partikel aus dem Zoo der Teilchenphysiker. In Mainz soll nun mit komplexen Rechnungen untersucht werden, ob sterile Neutrinos als Dunkelmaterie-Kandidaten infrage kommen. (12. März 2018)

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DELTA3

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Ich wusste bisher nicht, dass es impotente Neutrinos gibt! In dem ganzen Beitrag wird nicht erklärt, was man bei Neutrinos unter "steril" versteht. Kann mir da jemand weiterhelfen?

Gruß, Delta3
 

Protuberanz

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Der weise Klekih Petra sagt das so.

Hilfreich sind auch die beiden älteren Beiträge, die darunter verlinkt sind.
 
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DELTA3

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Danke, ich habe das sterile Neutrino auch bei Wiki gefunden, kann aber mit der dortigen Beschreibung nichts anfangen. Es ist nicht klar, was der Ausdruck 'steril' in diesem Zusammenhang bedeuten soll. Ich halte einen solchen Ausdruck zur Beschreibung einer physikalischen Eigenschaft nicht für geeignet. Man könnte genauso gut 'zeugungsunfähig', 'keimfrei' oder auch 'schwul' sagen, was genauso viel Sinn macht wie 'steril' , nämlich gar keinen ;)

Gruß, Delta3
 

Protuberanz

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Mit der Zeugungsfähigkeit dürfte es wohl im gesamten Teilchenzoo schlecht bestellt sein. Wenn das gemeint wäre, dann wäre das keine wirklich sinnvolle Kennzeichnung.
Keimfreiheit kommt da schon eher als namensgebendes Äquivalent in Frage. Wenn sich ein Chirurg oder ein Cleanroomarbeiter sterilisiert, dann tut er das, damit die ihn begleitenden Bakterien nicht mit dem Patienten, oder dem zu bearbeitenden Objekt wechselwirken. Die Keime werden also entfernt. Bei dem sterilen Neutrino wurden auch alle Wechselwirkungen entfernt, bis auf eine, die gravitative. Aber eine Wechselwirkung bleibt auch bei einem sterilisierten Chirurg. Denn wenn er den Patienten berührt, ist das spürbar.
 

DELTA3

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In dem Artikel wird mehr als zehnmal der Begriff "Sterile Neutrinos" benutzt, aber nicht ein einziges Mal wird erklärt, was im Zusammenhang mit Neutrinos unter 'steril' zu verstehen ist. Dass Neutrinos einen sehr geringen Wirkungsquerschnitt haben und somit kaum mit Materie bzw. anderen Teilchen interagieren ist ja hinreichend bekannt, so dass man sie allgemein als steril bezeichnen könnte. Da wäre es doch zumindest erklärungsbedürftig, in wieweit sich sterile Neutrinos von normalen Neutrinos unterscheiden.

Wenn der Begriff 'sterile Neutrinos' so allgemein geläufig ist, dass er nicht mehr erklärt werden muss, weil ihn jeder kennt, dann hätte ich da wohl eine ziemliche Wissenslücke...:confused:

Gruß, Delta3
 
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Ich

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Im Gegensatz zu normalen Neutrinos unterliegen sie nicht der schwachen Wechselwirkung. Während normale Neutrinos zumindest bei höheren Energien grundsätzlich detektierbar sind, bleiben sie als Teilchen immer unsichtbar.
 

DELTA3

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Danke für den Erklärungsversuch, aber das sagt mir genauso wenig wie der Eintrag bei Wikipedia. Natürlich bin ich kein Elementarteilchen-Physiker und dachte, dass der Bericht für die interessierte Allgemeinheit gedacht ist. Ich habe auch schon mal was von Elektron-Neutrinos, Myon-Neutrinos und Tau-Neutrinos gehört, wobei mir aber auch deren Unterschiede nicht geläufig sind. Hauptsächlich stört mich hier der Ausdruck 'steril', der für mich zur Beschreibung einer physikalischen Eigenschaft überhaupt keinen Sinn ergibt. Ob es diese sterilen Neutrinos überhaupt gibt, ist ja offensichtlich auch nicht nachgewiesen. Daher scheint es wohl auch ziemlich fragwürdig, ob sie zur Erklärung der dunklen Materie taugen.

Freundliche Grüße, Delta3
 

ralfkannenberg

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Danke für den Erklärungsversuch, aber das sagt mir genauso wenig wie der Eintrag bei Wikipedia. Natürlich bin ich kein Elementarteilchen-Physiker und dachte, dass der Bericht für die interessierte Allgemeinheit gedacht ist.
Hallo Delta3,

der Bericht wird aber vermutlich voraussetzen, dass der Leser das Standardmodell wenigstens in seinen groben Zügen kennt, wobei ich persönlich als Einstieg eher die beiden Artikel über die Elementarteilchen und die fundamentalen Wechselwirkungen empfehlen würde.


Ich habe auch schon mal was von Elektron-Neutrinos, Myon-Neutrinos und Tau-Neutrinos gehört, wobei mir aber auch deren Unterschiede nicht geläufig sind.
Dann wirst Du wissen, dass es vier fundamentale Wechselwirkungen gibt, nämlich die Schwerkraft, die dafür sorgt, dass Du auf der Erde gehen kannst und nicht einfach ins All weggeschleudert wirst, dann die elektromagnetische Wechselwirkung, die Du vom Magneten und von der Steckdose her kennst, dann noch die starke Wechselwirkung, die den Atomkern trotz seiner zahlreichen positiven geladenen Protonen zusammenhält, und die schwache Wechselwirkung, die sich in gewissen radioaktiven Zerfällen manifestiert.

Wichtig für den Moment ist, dass Du weisst, dass es von denen vier gibt.


Dann kommen wir zu den Teilchen. Die wichtigsten hier sind zwei Sechserfamilien, nämlich die 6 Quarks, aus denen anschaulich die schweren und die meisten mittelschweren Teilchen zusammengesetzt sind, also die "Baryonen", deren beiden bekanntesten Vertreter die Protonen und die Neutronen im Atomkern sind, und die "Mesonen", sowie die 6 Leptonen, das sind die leichten Teilchen, die sich aber nicht zu grösseren "Konglomeraten" zusammensetzen. Das bekannteste Lepton ist das Elektron von der Atomhülle; historisch wurde das Myon, das "schwere Elektron", anfangs aufgrund seiner Masse zu den Mesonen gezählt.

Zu diesen Leptonen gehören auch die 3 von Dir genannten Neutrino-Typen. Diese drei werden in der Literatur manchmal auch als "aktive Neutrinos" bezeichnet.



Hauptsächlich stört mich hier der Ausdruck 'steril', der für mich zur Beschreibung einer physikalischen Eigenschaft überhaupt keinen Sinn ergibt. Ob es diese sterilen Neutrinos überhaupt gibt, ist ja offensichtlich auch nicht nachgewiesen. Daher scheint es wohl auch ziemlich fragwürdig, ob sie zur Erklärung der dunklen Materie taugen.
Theoretische Aspekte haben nun gezeigt, dass sich manche theoretische Fragestellungen besser erklären lassen, wenn man zusätzlich zu den 3 aktiven Neutrino-Typen noch einen vierten sterilen Neutrino-Typ hinzufügt. Das geht dann über das Standardmodell heraus, lohnt sich aber aufgrund der theoretischen Zusammenhänge zu untersuchen, und darüber ergibt es sich zwanglos, dass solche sterile Neutrinos auch für die Dunkle Materie verantwortlich sein könnten.


Meine Zusammenfassung ist stark vereinfacht und entsprechend ungenau bzw. falsch, aber ich hoffe, es kann zu Deinem besseren Verständnis beitragen.


Freundliche Grüsse, Ralf
 

Protuberanz

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Hallo Delta3,

der Bericht wird aber vermutlich voraussetzen, dass der Leser das Standardmodell wenigstens in seinen groben Zügen kennt, ...

Ich weiß, Du sagtest "vermutlich". Aber trotzdem möchte ich hinterfragen und würde eher das Gegenteil vermuten. Denn der Bericht stand auf der Hauptseite. Hast Du schon einmal gelesen, welche Leser-Fragen, an astronews gestellt werden? Würdest Du wirklich davovon ausgehen, das die Fragesteller das Standardmodell kennen, bzw. mit diesem Begriff überhaupt etwas anfangen können?
 

ralfkannenberg

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Ich weiß, Du sagtest "vermutlich". Aber trotzdem möchte ich hinterfragen und würde eher das Gegenteil vermuten. Denn der Bericht stand auf der Hauptseite. Hast Du schon einmal gelesen, welche Leser-Fragen, an astronews gestellt werden? Würdest Du wirklich davovon ausgehen, das die Fragesteller das Standardmodell kennen, bzw. mit diesem Begriff überhaupt etwas anfangen können?
Hallo Protuberanz,

eigentlich gehe ich schon davon aus.

Andererseits freue ich mich auch als stiller Mitleser immer sehr, wenn sich interessierte Laien zu Wort melden und etwas wissen wollen; aus diesem Grunde habe ich ja heute vormittag eine Kurz-Zusammenfassung der benötigten Voraussetzungen aufgeschrieben, denn es ist mir ein grosses Anliegen (*), diese Leute nicht von vornherein aus der Diskussion auszuschliessen.


Freundliche Grüsse, Ralf



(*) Ich weiss, dass mich einige der User hier wegen solchen Aussagen als Heuchler bezeichnen; das braucht aber nicht öffentlich zu geschehen, man kann mir das auch per PN mitteilen.
 

TomS

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Danke, ich habe das sterile Neutrino auch bei Wiki gefunden, kann aber mit der dortigen Beschreibung nichts anfangen.
Was genau ist denn

https://de.m.wikipedia.org/wiki/Steriles_Neutrino

unklar?

Es ist nicht klar, was der Ausdruck 'steril' in diesem Zusammenhang bedeuten soll.
Das, was in dem Artikel steht:

"Das sterile Neutrino ist ein hypothetisches Elementarteilchen, das nicht den fundamentalen Wechselwirkungen des Standardmodells, sondern nur der Gravitation unterliegt."

Ich halte einen solchen Ausdruck zur Beschreibung einer physikalischen Eigenschaft nicht für geeignet.
Jede wissenschaftliche Disziplin führt Fachbegriffe ein, die komplexe Sachverhalte kurz und prägnant zusammfassen; diese Fachbegriffe müssen keine anschauliche Bedeutung haben, aber Physiker sehr genau, warum z.B. eine Quarksorte als "strange" und eine als "charm" bezeichnet wird.
 

AstroM

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Danke für den Erklärungsversuch, aber das sagt mir genauso wenig wie der Eintrag bei Wikipedia. Natürlich bin ich kein Elementarteilchen-Physiker und dachte, dass der Bericht für die interessierte Allgemeinheit gedacht ist. Ich habe auch schon mal was von Elektron-Neutrinos, Myon-Neutrinos und Tau-Neutrinos gehört, wobei mir aber auch deren Unterschiede nicht geläufig sind. Hauptsächlich stört mich hier der Ausdruck 'steril', der für mich zur Beschreibung einer physikalischen Eigenschaft überhaupt keinen Sinn ergibt. Ob es diese sterilen Neutrinos überhaupt gibt, ist ja offensichtlich auch nicht nachgewiesen. Daher scheint es wohl auch ziemlich fragwürdig, ob sie zur Erklärung der dunklen Materie taugen.

Freundliche Grüße, Delta3

Hallo Leute,

mit steril (obwohl dieser Begriff sicherlich nicht glücklich gewählt wurde) bezeichnet man schlicht ''ohne'' (ohne Bakterien ect.). Da dunkle Materie aber mit der ''normalen'' Materie durchaus über die Schwerkraft interagiert, muss das gesuchte Teilchen über Eigenschaften verfügen (und währe somit nicht steril). Somit schließe ich mich Deiner Meinung an. Geisterteilchen ist da treffender.
 

DELTA3

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Danke Ralf für deine Mühe, das so ausführlich zu erklären, ich weiß das sehr zu schätzen. Zusammen mit dem Studium der verlinkten Wikipedia-Einträge hat es auch meine rudimentären Kenntnisse der Teilchenphysik um einiges erweitert, wenn ich da auch manches nicht verstanden habe. So ist mir z.B. nicht klar, warum alle Teilchen überhaupt einen Spin haben müssen, und dass dieser den Wert 1/2 hat, nicht aber 1, 2 oder 3, und dass sogar Teilchen mit der Masse 0 einen Spin haben. Es ist mir auch schleierhaft, wie ein und dasselbe Higgs-Boson den anderen Materieteilchen völlig unterschiedliche Massen zuordnen kann.

Aufgrund solcher logischen Ungereimtheiten ist die Teilchenphysik auch noch nie mein bevorzugtes Interessensgebiet gewesen. Trotzdem lese ich aber solche Artikel wie den Obigen mit großem Interesse, wenn es dabei um die Dunkle Materie geht. Wenn dann aber ein Ausdruck, der eigentlich dem Bereich der Medizin oder Biologie zuzuordnen ist, zur Kennzeichnung einer physikalischen Eigenschaft verwendet wird, und nirgends eine Erklärung zu finden ist, weshalb diese unsinnige Bezeichnung gewählt wurde, und man dann noch diese Aussagen liest:
Bislang ist nicht bekannt, aus was genau sich Dunkle Materie zusammensetzt. Als ein Kandidat gelten sterile Neutrinos, hypothetische Teilchen, deren Existenz bislang noch nicht nachgewiesen wurde.
dann sträuben sich bei mir meine wenigen noch vorhandenen Haare und ich frage mich, ob diejenigen, die für die Verteilung von Fördergeldern zuständig sind, die nötige Sachkenntnis haben und mit solchen Aussagen zufrieden zu stellen sind.

Nun sind 1,7 Mill. € für mich als Steuerzahler zwar viel Geld, für ein Forschungsprojekt über 5 Jahre verteilt aber wohl eher wenig, so dass sich die Aufregung darüber nicht lohnt. Dennoch kann man wenigstens darüber diskutieren und vielleicht sogar einige Erkenntnisse gewinnen, wenn es auch nur die Erkenntnis ist, dass es in der Teilchenphysik noch manche Ungereimtheiten gibt.

Freundliche Grüße, Delta3
 

RPE

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Delta3, dir ist aber klar, dass deinen logischen Ungereimtheiten ein Unwissenheits- und Verständnisproblem deinerseits zugrunde liegt? Es klingt nämlich irgendwie nicht so...
 

Bernhard

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So ist mir z.B. nicht klar, warum alle Teilchen überhaupt einen Spin haben müssen, und dass dieser den Wert 1/2 hat, nicht aber 1, 2 oder 3, und dass sogar Teilchen mit der Masse 0 einen Spin haben.
Das Higgs hat Masse und Spin 0. Das Photon hat keine Masse und Spin 1. Die Gluonen haben keine Masse und Spin 1, usw. Die sogenannten materiebildenden Teilchen haben Masse und Spin 1/2.

Grundsätzlich gibt es eine "gute" Theorie für Teilchen mit beliebigen Spin (Bargmann-Wigner-Gleichungen). Welcher Spin tatsächlich in der Natur vorkommt muss aber experimentell bestimmt werden. So hat man bisher noch keine Teilchen mit Spin 2 oder 3 nachgewiesen.
 

TomS

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Hallo DELTA3,

zu deinen Fragen:

Die Teilchen müssen im Rahmen des Standardmodells diese Werte für Masse, Spin, Ladung etc. haben, weil wir das so in der Natur beobachten und genau dafür eine physikalische Theorie konstruieren wollen, mittels derer man alle weiteren experimentellen Beobachtungen vorhersagen kann; das ist gelungen.

Die unterschiedlichen Teilchenmassen werden dadurch erklärt, dass diese Teilchen unterschiedlich stark mit dem Higgsfeld wechselwirken.

Ich würde die diversen offenen Fragen keineswegs als „logischen Ungereimtheiten“ bezeichnen. Ich denke, dass du einerseits die wesentlichen Zusammenhänge noch nicht verstanden hast - und ohne ein Physikstudium auch nicht verstehen kannst sondern in weiten Bereichen akzeptieren musst. Andererseits existieren tatsächlich offene Fragen im Rahmen des Standardmodells, und die Physiker sind sich dieser Fragen auch bewusst. Das ändert jedoch nichts daran, dass das Standardmodell funktioniert, d.h. dass bis heute keine experimentellen Erkenntnisse vorliegen, die nicht mittels des Standardmodells berechenbar waren bzw. sind.

Zur Wahl der Bezeichnungen: Physiker sind dabei kreativ und haben einen teilweise skurrilen Humor. Bedenke aber, dass sie ihre Begriffe für sich wählen, nicht für die Medien. Der Begriff „steril“ bedeutet in diesem Zusammenhang soviel wie „nichts hervorbringend“, d.h. keinerlei nicht-gravitativer Phänomene und insbs. keine weiteren Teilchen. Das ist durchaus vernünftig.

Mit der Verteilung von Fördergeldern hat das nichts zu tun.

Hast du schon mal eine wissenschaftliche Arbeit gelesen, die mit öffentlichen Mitteln gefördert wurde oder die zentrale physikalische Erkenntnisse enthält??
 
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