Willkommen in der Planckwelt

10. Interview in München

Das Corona virus und die Symmetrie SU(5)

IZ:
Die Jagd nach dem Antiprotein des Coronavirus ist weltweit ein Kampf gegen die Zeit. Das Coronavirus hat das soziale Leben in Deutschland auf ein Minimum heruntergefahren. Soziale Distanz von 1.5 m ist angesagt, um die Tröpfcheninfektion weitgehend zu verhindern. Weltweit hat sich innerhalb einer Woche die Zahl der Infizierten verdoppelt. Eine Pflicht zum Schutz von Mund und Nase in Deutschland wird aktuell, wenn ausreichend Mundschutzmasken im Inland produziert werden und verfügbar sind. Wenn eine Studie in den USA zutreffen sollte, dass Coronaviren auf Türklinken aus Edelstahl 24 oder gar 72 Stunden überleben können, dann wäre das ein weiteres Argument für die Masken, wenn damit verhindert wird, dass die eigenen Finger Augen , Mund und Nase berühren. Türklinken aus Edelstahl können mit Cu-haltigen antibakteriellen Beschichtungen weitgehend geschützt werden. Weltweit wird nach dem Medikament und dem Impfstoff geforscht, der die Ausbreitung des Coronavirus hemmt. Die Zahl der Infizierten steigt exponentiell gemäß einer e-Funktion. Jedes Land, jede Stadt, jede Region hat ihre eigene e-Funktion. Tagtäglich beobachten wir auf den Bildschirmen, ob die e-Funktion von Deutschland sich aufgrund der sozialen Distanz abflacht. Kennzahl ist die Reproduktionszahl. Sie liegt bei 0.7 Corona und Ostern 2020 Bei der Reproduktionszahl 1 steckt ein Infizierter einen Nichtinfizierten an. Beim anstehenden Mathe-Abitur in Bayern werden e-Funktionen werden Prüfthema werden. Die Zeit drängt. Monate und Jahre bis zur Zulassung eines Impfstoffs können wir nicht warten. Können uns Symmetrie- Überlegungen dabei helfen, die Zeit abzukürzen, um den Antikörper gegen diese 5. Naturkraft in ausreichender Menge biotechnisch herzustellen?

Autor:
Bevor wir die Symmetrie der biologischen Kraft entwickeln, beschäftigen wir uns erst mit dem Standardmodell der Elementarteilchen. Es beschreibt 3 Naturkräfte, die elektromagnetische Kraft, die schwache Kraft und die starke Farbkraft. Die Vereinigung der elektromagnetischen Kraft mit der schwachen Kernkraft zur elektroschwachen Kraft war einer der Highlights der 80-er Jahre. Der experimentelle Nachweis der 3 Eichbosonen, des Z-Bosons und des W⁺ und W^— -Bosons, wurde mit dem Nobelpreis ausgezeichnet. Die 3 Naturkräfte werden mit 3 gebrochenen Symmetrien beschrieben:
SU(3) x SU(2) x U(1). Das linke Diagramm entspricht dem Stand der Wissenschaft. Die Elementarteilchen sind nach Spin und elektrischer Ladung angeordnet. Die Massen wurden beim LHC nochmals experimentell bestätigt, zeigen aber keinerlei Struktur. Im rechten Diagramm ist mit der SO(4) – Symmetrie und den Quantenzahlen eine Struktur der Massen gegeben. Das Higgsboson ist nicht außerhalb dieser Ordnung, sondern ist wie das supersymmetrische stop-Quark in die Struktur eingebunden.


IZ:
Das Standardmodell beschreibt mit den Quarks, Leptonen und Bosonen 15 massive Elementarteilchen. Das größte Problem der heutigen Physik ist, dass die experimentell ermittelten Massen von der herrschenden Lehre nicht erklärt werden können. Die Massen reichen in mehreren Größenordnungen von der Masse des Elektrons mit 0.511 MeV bis zur Masse des Top-Quarks von 173 GeV. Weil die Exponentialkurven der Massen nicht erkannt wurden, tasteten sich die Physiker in mühevollen und langjährigen Kollisionsversuchen an die Massen heran. Das war besonders beim top-Quark und beim Higgs-Boson der Fall, deren Massen bis heute nicht verstanden werden. Wir haben vergleichbare Exponentialverläufe wie bei den Infizierten durch das Coronavirus.

Autor:
Die Gluonen, das Photon und die Neutrinos fehlen im obigen rechten Standardmodell, weil sie keine Ruhemassen haben. Higgs löste das Problem bei dimensionsbehafteten Massen, indem er die Massen auf den Vakuumerwartungswert v=246 GeV reduzierte. Die Masse wird nach dem Higgsmechanismus als Kopplung an diese Vakuumenergie interpretiert. Die Yukawa- Kopplungskonstante f ist e^-S/k . Es gibt 4 Wärmeladungen S. Mit den Quantenzahlen von 0 bis 5 lassen sich die Massen der 15 Elementarladungen ermitteln. Die Bosonen mit Spin 1 und 0 haben eine Wärmeladung. Die 3 Fermionen mit dem Spin ½ haben je eine Wärmeladung. Die einfachsten Kopplungskonstanten sind die des Z-Bosons mit f_Z= e^-1 und des Higgsbosons mit f_H=e^-2/3 . Die Wärmeladung S wird auch Entropie genannt. Die Elementarladung der Wärme ist die Bolzmannkonstante k. Diese Quantengravitation beruht auf empirisch ermittelten Massen des Standardmodells auf der Fermiskala, während die Superstringtheorie und die Schleifenquantentheorie der herrschenden Lehre auf der für Experimente unerreichbaren Planckskala beruhen. Hier ist die Planklänge 10^-33. Die Formel m= v f ist vergleichbar mit der berühmtesten Formel der Welt, umgeschrieben m=E c^-2 von Albert Einstein, der bei der Entwicklung der Speziellen und Allgemeinen Relativitätstheorie von Symmetrieüberlegungen geleitet wurde. Im Berner Patentamt beschäftigte er sich mit den Patentanträgen zu Methoden der Zeitmessung. Es gab damals die Signalzeit des Telegrafen von Ort zu Ort mit nahezu Lichtgeschwindigkeit und parallel dazu die Fahrzeit der Eisenbahn. Die entstehenden Widersprüche mit der absoluten Zeit Newtons löste er als Erster durch die er Relativität der Zeit. Niemand außer Einstein hatte damals den Mut, Newton in Frage zu stellen. Zeitintervalle sind abhängig von der Geschwindigkeit und gehorchen der Lorentztransformation.

IZ:
Wir müssen die Symmetrie der Quantengravitation SO(4) verstehen, bevor wir die Symmetrie der biologischen Kraft entwickeln. Die Symmetrie SU(5) soll den Weg zum Antiprotein des Coronavirus abkürzen, so wie die SO(4) den Weg zur Masse des top-Quarks und des Higgs-Bosons abgekürzt hätte, wäre sie von der herrschenden Lehre anerkannt worden. 2012 wurde der Higgs-Mechanismus durch den Nobelpreis 2012 bestätigt. Die Higgsboson-Masse wurde vom ATLAS – Detektor mit 126.3 GeV und vom CMS-Detektor mit 125.3 GeV gemessen. Die 6 Milliarden Euro für den Bau und Betrieb des LHC und das weltweit größte Computernetz waren eine notwendige Investition in die Grundlagen der Physik. Die Nichtbestätigung der Existenz des Higgs-Bosons hätte eine Systemkrise in der Physik ausgelöst. Die Masse des Higgs-Bosons kann bis heute nicht von der herrschenden Lehre berechnet und von einer Naturkonstanten abgeleitet werden.

Autor:
Die SO(4) Symmetrie hat sich bei der Berechnung des Energiespektrums des Wasserstoffatoms bewährt. Die SU(4) als unitäre Symmetrie mit komplexen Zahlen ist weniger bekannt. Die SO(4) besteht aus einer 3D-Rotation und einer Translation entlang der senkrechten ln m – Achse im obigen Diagramm. Das Elektron hat beispielsweise den Yukawa-Kopplungswert
e^(e^-2/3 -5 e ) mit der Quantenzahl 5, dem Rotationswinkel -tan e, und der Translation e^-2/3. Die Gravitation ist die 4. Kraft im Standardmodells, auch wenn sie in der herrschenden Lehre gegenüber der elektromagnetischen Kraft vernachlässigt wird. Das Higgs-Boson kann durch die Skalensymmetrie als Austauschteilchen mit allen Massen des Standardmodells wechselwirken. Kommen wir nun zur biologischen Kraft.

IZ:
Als 5. Kraft benötigt die biologische Kraft eine Polarität von Ladungen.



Autor:
Diese polarisierende Ladung ist die Chiralität bei den linksdrehenden Aminosäuren und den rechtsdrehenden Nukleotiden mit den rechtsdrehenden Basen. Sie sind die wichtigen Bausteine der biologischen Materie. Der Mittelpunkt der linksdrehenden Aminosäure ist das asymmetrische Kohlenstoffatom mit 4 unterschiedlichen Liganden. Linksdrehende Aminosäuren drehen die Ebene des polarisierten Sonnenlichts nach links. Es gibt 20 proteinogene L-α-Aminosäuren mit den elektro-physikalischen Eigenschaften basisch, polar/neutral, unpolar/hydrophob und sauer . Die Evolution hat sie aus über 400 Aminosäuren ausgewählt, um die lebenswichtigen Proteine und Enzyme zu synthetisieren. Der Gegenpol zu den linksdrehenden Aminosäuren sind die Nukleotide mit dem rechtsdrehenden Zucker Desoxy-Ribose für die DNA und Ribose für die RNA. Sie bilden zusammen mit den 4 Basen Cytosin (C), Guanin (G) , Adenin (A) und Thymin (T) jeweils 4 Nukleotide. Die RNA ist Thymin ( T ) durch Uracil (U) ausgetauscht. Die Nukleotide werden über den Phosphatrest der Desoxyribose verknüpft zu den beiden rechtsdrehenden DNA-Strängen. Jeweils ein Triplett aus 3 Nukleotiden sind einer Aminosäure zugeordnet und bilden ein Gen. Ein Protein besteht aus der Sequenz von 80 bis 200 Aminosäuren. Die Polarität von rechts- und linksdrehenden asymmetrischen Kohlenstoffatomen erzeugt die biologische Kraft. Das Virus ist der kleinste Träger dieser Kraft, die zurzeit mit dem Corona-Virus die Welt in Atem hält. Das Virus besteht aus dem Strang der RNA, die vom mit einer Fettschicht geschützten Oberflächenprotein umgeben ist. Bei der RNA ist die Base Thymin (T ) gegen Uracil (U ) ausgetauscht. Für den Stoffwechsel benötigt das Virus eine Wirtszelle. Nachdem die RNA-Sequenz des Corona-Virus von der Generalmajorin der chinesischen Militäruniversität in wenigen Tagen entschlüsselt und der Gencode der Aminosäure-Sequenzen im Internet der Welt zur Verfügung gestellt wurde, beschäftigen sich weltweit über 50 Forschungsgruppen damit, ein geeignetes Medikament und einen Impfstoff zu entwickeln und biotechnisch in ausreichenden Mengen zu produzieren. Dem Tübinger Unternehmen CureVac wird zugetraut, mit dem innovativen m-RNA – Drucken, das dringend benötigte Antiprotein gegen das Corona-Virus auf verkürzten Weg herzustellen. Das Antiprotein soll das die Fettschicht bildende Oberflächenprotein des Coronavirus neutralisieren, indem die Fettschicht ausgetrocknet wird und zerreißt. Dieses S-Protein des Coronavirus durchdringt die Mambran der Wirtszelle und veranlasst als Hauptprotease in der Wirtszelle, die Virus-RNA zu vervielfältigen. Der verkürzte Weg besteht darin, dass die Nukleotid-Sequenzen, die auf der entschlüsselten RNA für das S-Protein zuständig sind, mit der Genschere ausgeschnitten und zu einer neuen Virus- RNA zusammengefügt werden. Diese geklonte RNA wird in die befallene Wirtszelle eingeschleust und sorgt dafür, dass die Wirtszelle Antiproteine bildet. Die Antiproteine blockieren dann das S-Protein des Virus. Das geklonte Coronavirus kann nicht mehr durch die Membran in die Wirtszelle eindringen. Im Prinzip stellt die Wirtszelle auf verkürzten Weg mit dem Antiprotein ihr eigenes Medikament her. Sinnvoll ist es, bei den durch die Immunreaktion gebildeten Antiproteine von Genesenen, die die Infektion überstanden haben, die Aminosäure-Sequenz mit den neuen gentechnischen Methoden zu ermitteln.

IZ:
Gibt es noch einen kürzeren Weg zum Antiprotein? Jeder Tag, jede Woche, jeder Monat hilft uns im Kampf gegen den unsichtbaren Feind.

Autor:
Neben der e-Kurve der positiv getesteten Infizierten und der Zahl der allein am covid-19 Verstorbenen, gibt es noch die Kurve der positiv getesteten Genesenen. Sie haben das Antiprotein im Blut, das den Coronavirus besiegt. Die Bluttransfusion von Genesenden zu Infizierten kann die schnelle Lösung bringen. Die biotechnische Produktion des Medikaments und des Impfstoffs wird weiterhin mit größter Eile weiter verfolgt. Im Blut der Genesenen sind über 100 000 Antikörper. Wie eine Nadel im Heuhaufen muss jetzt der Antikörper mit dem Antiprotein gefunden werden, der die Hauptprotease des Coronavirsus neutralisiert.

IZ:
Kann eine Symmetrie die Analyse der Aminosäure-Sequenz des Antiproteins unterstützen?

Autor:
Die 20 proteinogenen L-α- Aminosäuren sind nach den physikalisch-chemischen Eigenschaften basisch, neutral, hydrophob und sauer. Sie haben jeweils ein asymmetrisches Kohlenstoffatom mit 4 unterschiedlichen Liganden und sind linksdrehend. Hinzukommen die 4 rechtsdrehenden Nukleotide mit dem rechts drehenden asymmetrischen Kohlenstoffatom der Ribose. Wenn wir in den 5²-1 = 24 asymmetrischen Ladungen des Kohlenstoffs den Ursprung der 5. Grundkraft sehen, wird die Symmetrie SU(5) wieder interessant, die vor einigen Jahrzehnten als heißer Kandidat für die Vereinigung der elektroschwachen Kraft mit der starken Kraft gehandelt wurde. Die zugehörigen 24 X- Bosonen haben eine Masse, die der Masse eines Virus entspricht. Die SU(5) hat damals vorgegeben, dass mindestens ein Proton innerhalb von 10^31 Jahren zerfallen soll. In den riesigen Wasserreservoirs, die in europäische und japanische Stollen gebaut wurden, wurde kein einziger Protonenzerfall nachgewiesen. Die SU(5) geriet deshalb in Vergessenheit.

IZ:
Gibt es eine zweite Chance für die SU(5)? Bei der SU(3) haben wir 3 Farbladungen, bei der SO(4) haben wir 4 Wärmeladungen. Welche 5 Ladungen und welche 24 Ladungsträger kämen für die SU(5) in Betracht?

Autor:
Wir haben in der SU(5) mit den 24 asymmetrischen Kohlenstoffatomen 24 Ladungsträger für die optische Aktivität, die auch Chiralität genannt wird. So wie wir bei der SO(4) Symmetrie aus den Massen entlang der ln m-Achse eine 3D-Rotation, eine Translation und die Quantenzahlen von 0 bis 5 extrahiert haben, so benötigen wir bei der SU(5) einen Kennwert entlang der Y-Achse . Das sind die isoelektrischen Punkte IEP der 20 L-α-Aminosäuren und der Nukleotide. Der isoelektrische Punkt ist der Mittelwert zwischen dem sauren pK₁COOH und dem basischen pK₁NH2₁,. Nach dem Hinweis des Virologen Prof. Drosten ist die menschliche Haut ein saures Milieu und schützt sich effektiv gegen den Coronavirus, und sie schützt besser als ein Schutzhandschuh. Das saure Milieu ist Gift für den Coronavirus. Die isoelektrischen Punkte werden nach der „Giftigkeit“ für das Coronavirus angeordnet und mit den Aminosäure-Sequenzen des Antiproteins und des S-Proteins in Zusammenhang gebracht. Das Protein und das Antiprotein mit ihren Ketten von linksdrehenden Aminosäuren haben auch IEPs.

IZ:
Gehen wir näher auf die pK-Werte, den isoelektrischen Punkt, die spezifischen Drehzahlen und den Protonenbeschleuniger LHC ein?

Autor:
Beim weltgrößten Beschleuniger LHC kollidieren bei einer Kollisionsenergie von 13 TeV Protonen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit. Beim Abkühlen zerfällt der thermisch angeregte Wasserstoffkern in Teilchen, die von den Detektoren registriert und ausgewertet werden. Das Problem ist, dass nach der Entdeckung des Higgsbosons 2012 keine neuen Teilchen jenseits des Standardmodells detektiert wurden. Erwartet wurden erste supersymmetrische Teilchen, die die Dunkle Materie erklären sollen. Soll das alles gewesen sein ? Auch die Versuche mit dem Zerfall des Protons im hochreinen Wasser in Tanks in unterirdischen Stollen waren negativ. Das Proton ist offenbar auf 10^31 Jahren ewig beständig. In der biologischen Materie verhält sich das Proton in Wasser anders. Die Aminosäure mit ihren 4 unterschiedlichen Liganden verhält sich als Säure mit der Säurestärke pK₁COOH und als Base mit der Basenstärke pK₁NH₂. Hat die Aminosäure einen weiteren COOH- und NH2 –Rest , dann gilt pK₂. Der isoelektrische Punkt ist der Mittelwert. Bei diesem pH-Wert ist die Aminosäure elektrisch neutral und wird unlöslich. Aminosäuren können sich jetzt durch Umlagerung des Protons von COOH zu NH4 und umgekehrt sich einem geänderten pH-Wert, einer Temperaturveränderung oder Veränderung des Elektrolyten in der Zelle anpassen. Sie verändern im Wasser der Zelle ihre 4-dimensionale Struktur. Die elektro-physikalischen Eigenschaften unterteilen sich in die 4 Gruppen basisch polar/neutral, unpolar/hydrophob, und sauer . Die 5. Gruppe der Nukleotidbasen hat die IEPs zwischen 4 und 9. Jetzt ist die spezifische Drehzahl der optischen Aktivität als der zweite Kennwert notwendig, um zwischen den isoelektrischen Punkten der Aminosäuren und den Nukleoditbasen zu unterscheiden.

IZ:
Wie sieht die Analogie zwischen der SU(5) und SO(4) aus?

Autor:
Die Nukleotidbasen entsprechen den Bosonen, die 4 Aminosäure-Gruppen entsprechen den 3 Fermionentypen. Interessant sind jetzt die Literaturwerte der spezifischen Drehzahlen der optischen Aktivität für die 20 Aminosäuren und die 4 Nukleotidbasen. Mit der spezifischen Drehzahl wird die Drehung der Polarisationsebene des polarisierten Sonnenlichts im Wasser mit einem Polarimeter gemessen. Die Proteine und Enzyme , die aus den Aminosäureketten gebildet werden, drehen die Polarisationsebene nach links, die Ribosen drehen nach rechts. Den 5 Nukleotiden sind 15 isoelektrische Punkte zwischen 4 und 9 zugeordnet. Das ist der Bereich der polaren/neutralen und unpolaren/hydrophoben Aminosäuren. Die IEPs zwischen 4 und unterscheiden zwischen den Chiralitäten. Wir sind jetzt der Symmetrie der 5. Kraft schon sehr nahe, die wir benötigen, um den Weg zum Medikament und dem Impfstoff zu verkürzen.

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