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Alt 16.06.2004, 09:22   #1
Desert Rose
Gast
 
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Standard Peitschende Strings knallen nicht, sondern erzeugen Gravitationswellen

Zitat:
16.06.2004 - Physik

Peitschende Strings knallen nicht, sondern erzeugen Gravitationswellen

Bereits im nächsten Jahr könnten Spuren der Stringtheorie entdeckt werden


Gemäß der Stringtheorie sind die physikalischen Elementarteilchen nicht wirklich "elementar", sondern entsprechen den Schwingungszuständen winziger Fäden – den Strings. Um in Teilchenbeschleunigern Spuren dieser Strings entdecken zu können, müssten diese Beschleuniger noch einmal um 15 Größenordnungen, also um das Billiardenfache tiefer in den Mikrokosmos vordringen als sie das heute tun, was außerhalb aller technischen und finanziellen Möglichkeiten liegt. Doch Joseph Polchinski von der Universität von Kalifornien in Santa Barbara und seine Kollegen haben jetzt berechnet, dass vom Urknall übrig gebliebene Strings Gravitationswellen erzeugen, die bereits in ein oder zwei Jahren entdeckt werden könnten. Die Forscher stellen ihre Berechnungen im Fachmagazin Journal of High Energy Physics (06, 13) vor.

Bereits vor zwanzig Jahren hatte Edward Witten sich die Frage gestellt, ob während des Urknalls entstandene Strings sich mit dem Universum ausgedehnt haben und heute entdeckt werden könnten. Er fand gleich drei Gründe, die nach damaligem Wissen dagegen sprachen.

Der erste Punkt betrifft die Ablenkung des Lichts durch Strings: Zwei parallele Lichtstrahlen, die einen String rechts und links passieren, werden von seiner Gravitationswirkung so abgelenkt, dass sie sich anschließend kreuzen. Dieser Effekt sollte in der kosmischen Hintergrundstrahlung – dem Nachglimmen des Urknalls – eine Wirkung hinterlassen haben, die man prinzipiell noch heute nachweisen können sollte. Nach der ursprünglichen Version der Stringtheorie hätte der Nasa-Satellit Cobe den Effekt finden müssen. Doch neuere Versionen der Stringtheorie zeigen, dass diese Ablenkung sehr viel kleiner ist als ursprünglich gedacht.

Wittens zweiter Punkt betrifft die Inflationstheorie . Derzufolge hat sich das Universum Sekundenbruchteile nach dem Urknall um einen gewaltigen Faktor aufgebläht. Dabei wären aber auch die Strings derart in die Länge gezogen und "verdünnt" worden, dass sie heute unbeobachtbar sind.

Das muss nicht unbedingt so stimmen, sagt jedoch eine Theorie von Henry Tye von der Cornell-Universität . Tye hat die Stringtheorie auf die Inflationstheorie angewandt. Neben den eindimensionalen Strings enthält die Stringtheorie weitere Objekte, die so genannten Brane (von Membrane abgeleitetes Kunstwort). Brane können wie Strings eindimensionale Fäden sein, sie können aber auch zwei oder mehr Dimensionen haben. Gemäß Tyes Theorie wurde die Inflation des Universums durch die Kollision und anschließende gegenseitige Vernichtung einer Bran mit einer Antibran verursacht. Die Strings wurden dabei erst gegen Ende der Aufblähphase erzeugt und unterlagen somit nur noch der anschließenden langsamen Ausdehnung des Universums.

Das dritte Problem betrifft die Stabilität der Strings. Witten zufolge hätten die Strings bis heute zerfallen oder auseinanderbrechen müssen. Dieses Problem haben Polchinski und seine Kollegen jetzt gelöst. Ihr Ausgangspunkt war ein mathematischer Vortrag der Stringtheoretikerin Eva Silverstein . Sie interessierte sich für eine Vernetzung von F- und D-Strings. F-Strings sind die gewöhnlichen Strings, D-Strings sind eindimensionale Brane.

Der Rechnung der Physiker zufolge können beide Stringarten bis heute "überlebt" haben. Man ist also nicht darauf angewiesen, in der kosmischen Hintergrundstrahlung nach Spuren der Strings zu fahnden, sondern kann nach direkten Effekten suchen. Konkret haben Polchinski und seine Kollegen ausgerechnet, dass die Strings wie eine Peitsche knallen können. Dabei werden kleine Abschnitte der Strings stark beschleunigt, wodurch Gravitationswellen erzeugt werden.

Gravitationswellen sind bisher jedoch noch nicht beobachtet worden. Allgemein werden sie durch die Beschleunigung großer Massen erzeugt. Aufgrund der errechneten Größenordnung der von den Strings erzeugten Gravitationswellen glaubt Polchinski aber, dass der Gravitationswellendetektor Ligo bereits im nächsten oder übernächsten Jahr die Existenz von Strings nachweisen könnte.

Eine Kopie der Veröffentlichung der Physiker finden Sie auch im ePrint-Archiv arXiv (hep-th/0312067) .

Axel Tillemans
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