Willkommen in der Planckwelt

2. Interview in Münster

IZ:
Willkommen wieder in Münster ! Wir wollen die Fortschritte nochmals rekapitulieren, die wir seit dem ersten Interview in Münster vor einem halben Jahr erreicht haben. Ein großer Fortschritt war für mich die Berechnung der Yukawa-Koeffizienten für die Quarks, der Leptonen , des Higgs-Bosons und des Z-Bosons auf der Basis des Vakuumerwartungswerts v= 246 GeV. Wir müssen ja bedenken, dass in der herrschenden Lehre das bislang überhaupt kein Thema ist. Interessant ist auch, dass Sie den Begriff Irreversibilität aus der Thermodynamik in die Physik einführen. Weiterhin überraschend einfach ist die Zerfallsreihe des Vakuums . Sie sprechen von der Higgs-Formel :

v e^-n/3 für n=0 , 1, 2 , 3 v → t → H → Z [246, 177, 126, 91 ]
.
Bei n=2 ist eine Lücke , die das Higgs-Boson ausfüllt.

Autor:
Im Nachhinein kann man leicht sagen, da war eine Lücke und keiner sah sie. Stattdessen haben die Physiker mit großem Aufwand in den letzten 30 Jahren die Masse des Higgs-Bosons über den ganzen Bereich bis 1 TeV gesucht und immer weiter eingegrenzt. Eine der Hauptaufgaben am LHC ist neben dem Nachweis des Higgs-Bosons mit einer statistischen Sicherheit von 5σ die Entdeckung erster supersymmetrischer Teilchen. Es gibt noch keinerlei Anzeichen, dass die Supersymmetrie in der Natur realisiert ist. Stattdessen ist eine andere Symmetrie realisiert, die Skalensymmetrie. Sie schränkt die Beliebigkeit der Massen des Standardmodells ein. Zur Skalensymmetrie gehört ein Skalenfaktor, und dieser Skalenfaktor ist die dimensionslose natürliche Zahl e . Eine dimensionsbehaftete Zahl stört die Skalensymmetrie . Auch das ist eine Erkenntnis der letzten 6 Monate.

IZ:
Sie sagten in einem früheren Interview, dass der Higgsmechanismus von Mr. Higgs nicht tragfähig genug ist, um die weiteren Probleme zu lösen. Hierzu gehört die Berechnung des Massenspektrums der Elementarteilchen auf der Basis einer Naturkonstanten, die Erklärung der Massenhierarchie und die Form der Kurve des Higgspotentials . Beide Rätsel kann Mr. Higgs nicht lösen. Daher müssen wir einen anderen Mechanismus für die Erzeugung der Massen der Quarks und Leptonen suchen. Die Universität Münster verfolgt hierzu das thermodynamische Modell . Darum sind wir wieder in Münster und treiben unsere Überlegungen voran.

Autor:
Am 4.7.2012 war der lang ersehnte Augenblick da. Die Entdeckung des Higgs-Boson wurde mit der erforderlichen statistischen Sicherheit von 5σ in einer Pressekonferenz verkündet. Am CMS-Detektor wurde ein Wert von 125.5 GeV und am Atlas- Detektor wurde eine Masse des Higgs-Bosons von 126.5 GeV gemessen. Nach der Higgs-Formel ergibt sich ein Wert von 126.3 GeV. Das ist nicht all zu weit weg. Warum gerade 126.5 GeV ? Die herrschende Lehre kann diesen Wert nicht einordnen. Er erscheint beliebig. Ende Juli 2012 sollen weitere Erkenntnisse hierzu verkündet werden.

IZ:
Es ist erstaunlich, wie schnell diese bedeutende wissenschaftliche Entdeckung , an der 10 000 engagierte Wissenschaftlicher auf der ganzen Welt beteiligt sind, aus den Schlagzeilen der Medien verschwunden ist, und die nervenden politischen Themen wieder Einkehr halten. Was fasziniert Sie so an dem Modell der Uni Münster ?

Autor:
Ich will das Prinzip des thermodynamischen Modells mit wenigen Worten erklären. Wir gehen aus von diesem viel zitierten Mexikanerhut, mit dem das Higgspotential verglichen wird. Da die Gleichung die Symmetrie der Lagrangedichte zerstört, muss sie so transformiert werden, dass die Symmetrie wieder hergestellt wird. Die Hutkrümmung in der Mitte ist identisch mit m²= -λσ² . σ ist der Vakuumerwartungswert 246 GeV und λ die Steigung der Hutkrempe. Der Trick besteht jetzt darin , dieser Masse eine weitere Masse zuzufügen, die von der Temperatur abhängig : m² = aλ T² . Die effektive Masse ist dann m²(T)= -λσ² + aλT² . Das wird damit begründet, dass die Funktion Ф des Higgsfelds exponentiell stark abnimmt. Der Kontakt mit einem Wärmebad wirkt einer starken Abnahme entgegen. Wir definieren jetzt nach meiner Version, aλ = S² . S ist die Entropie des Wärmebads. Wenn wir davon ausgehen, dass die Entropie quantisiert ist, dann ist λ folgerichtig quantisiert. Die Steilheit der Hutkrempe verändert sich dann mit der Temperatur nicht kontinuierlich , sondern in Quanten. Für mich ist das endlich der langersehnte Brückenschlag zum Standardmodell.

IZ:
Worin besteht nun der Effekt der neu hinzu gekommenen Massenenergie m [Plasma] aus dem Wärmebad ?

Autor:
m²(T) ist identisch mit der Hutkrümmung in der Mitte. Die Krümmung verändert sich mit der Temperatur. Bei der kritischen Temperatur T(C) trennt sich die elektrische Wechselwirkung von der elektroschwachen Wechselwirkung. Die Krümmung ist 0 und m²= 0 . Ist T >> T(C) , dann haben wir die Phase der elektroschwachen Wechselwirkung und die Symmetrie ist erhalten . Die Krümmung ist positiv und die Masse ist imaginär. Bei T< T(C) wird die Krümmung negativ . Es bilden sich die beiden Minima des Mexikanerhuts aus. Die Symmetrie wird gebrochen. Die entstehenden Massen sind nicht beliebig, sondern skalensymmetrisch. So lässt sich der Ursprung der Masse, die Massenhierarchie und das Massenspektrum der Elementarteilchen erklären. Wir haben den gleichen Effekt wie bei der Magnetisierung . Nur haben wir nicht das Supraleitungsmodell zum Vergleich genommen wie Mr. Higgs, sondern das Phasendiagramm von Wasser.

IZ:
Ich habe mich darüber gefreut, dass die große Entdeckung vom 4.7.2012 auch Thema beim Sonntags-Stammtisch
des BR am 15.7.2012 war. Auf anschauliche Weise erklärte der Direktor vom Deutschen Museum Prof. Heckl die Wirkung des Higgsfelds, das den Elementarteilchen, den Quarks und den Leptonen seine Masse geben soll. Jetzt erklären Sie uns doch noch einmal die Schwere und den Ursprung der Masse des Wassers auf Ihre Art.

Autor:
Stellen Sie sich eine Waschküche vor mit einem brodelnden Wasserkessel. Die Küche ist voller Wasserdampf. Der Wasserdampf ist schwerelos. Niemand würde auf die Idee kommen, dem Wasserdampf ein Gewicht zuzuschreiben. Die einzelnen Massemoleküle verhalten sich wie ein Gas. Sie stoßen aneinander. Sie stoßen an die Wände und an die Decke der Waschküche. In der kinetischen Gastheorie, die vor 150 Jahren entwickelt worden ist, haben die Dampfmoleküle auch eine Energie E= 3/2 k T. Das ist die thermodynamische Energie für die ungeordnete Bewegung der Moleküle längs der 3 Freiheitsgraden des Raumes. Diese ungeordnete Bewegung stellt einen symmetrischen Zustand dar . Keine Raumrichtung ist ausgezeichnet. Wird der Wasserkessel abgestellt und die Energiezufuhr gestoppt, kühlt der Wasserdampf ab. Die Geschwindigkeit der aneinander stoßenden Dampfmoleküle und ihre freie Wegelänge wird immer kleiner. Erreicht der Dampf die Temperatur von 100 °C, dann setzt der Kondensationsprozess ein. Die Moleküle sind sich so nahe gekommen, dass sie sich aneinander binden. Die Phasengrenze zum flüssigen Wasser ist erreicht. Es findet eine spontane
Symmetriebrechung statt. Das Wasser erhält Masse . Es wird schwer. Es bilden sich Tropfen und die einzige Bewegungsrichtung ist nach unten. Bei diesem Kondensationsprozess wird Wärme frei und an die Umgebung abgegeben. Man spricht auch von Kondensationsentropie. In den Worten der Uni Münster erhalten die sich bildenden Tropfen im Wärmebad die m [Plasma] , die von der Temperatur abhängig ist und eine thermodynamische Größe ist. Und jetzt kommt noch ein wichtiger Punkt, der im Konzept der Uni Münster (noch) nicht enthalten ist. Die Entropie wird ja auch als Wärmeladung aufgefasst und eine Ladung ist immer quantisiert. Die Kondensationsentropie ist daher nicht beliebig, sondern sie ist quantisiert. Die sich bildenden Wassertropfen haben daher nicht eine beliebige Masse , sondern deren Massen sind quantisiert. Dazu kommt, dass bei der spontanen Symmetriebrechung an der Phasengrenze die Skalensymmetrie dominiert. Die Quantisierung erfolgt längs der logarithmischen Zahlengeraden. Die Massen der sich bildenden Wassertropfen sind in regelmäßigen Abständen auf eine Exponentialkurve zu finden in Analogie zum
Massenspektrum der Elementarteilchen. Und wie sieht es mit den Abständen auf der logarithmischen Zahlengeraden aus. Die Abstände müssen so groß sein, dass die Massen durch Messungen unterscheidbar sind.

IZ:
Jetzt verstehe ich endlich, wie das Wasser seine Masse erhält. Wir wissen, wie schwer es ist, wenn wir einen Eimer Wasser tragen. Und wir erkennen bei einer Flutkatastrophe die unbändige Kraft des Wassers. Jetzt kann ich auch nachvollziehen, dass Masse im Wärmebad und in einem Temperaturfeld entsteht . Mögen andere das auch Higgsfeld nennen. Die Erklärung des Ursprungs der Masse durch thermodynamische Prinzipien hat für mich einen gewissen Charme.
Vor allem ist das Temperaturfeld und die Wärmeladungen bereits vorhanden, und wir brauchen kein neues Feld zu erfinden. Eines ist mir noch nicht klar, welche Aufgabe hat dann eigentlich für Sie das Higgs . Wenn das Top-Quark schwerer ist als das Higgs- Boson, kann ja das Higgs nicht dem Top-Quark seine Masse verleihen.

Autor:
Eines der großen Rätsel in der Physik ist nachwievor das Fehlen der Antimaterie. Nach den derzeitigen Vorstellungen soll beim Urknall eine Symmetrie von gleichviel dicht komprimierter Materie und Antimaterie vorhanden gewesen sein, und das bei der Plancktemperatur bei 10^32°K . Wir lassen uns dabei von der berühmten Formel von Einstein E= +- mc² leiten, die als die höchste Stufe der Abstraktion gesehen wird. Aber die Antimaterie ist verschwunden. Versuche, Antimaterie im Kosmos nachzuweisen sind fehlgeschlagen. Nach Richard Feynman laufen Antiteilchen in der Zeit zurück. Laufen die Antiteilchen bis zu Ihren Ausgangspunkt zurück, dann ist der Vorgang reversibel. Laufen sie nicht vollständig zurück, dann ist der Vorgang irreversibel. Man spricht dann von der Brechung der Zeitsymmetrie. Im Standardmodell der Elementarteilchen ist die Brechung der Zeitsymmetrie ein wichtiges Thema. Es wurden Teilchen nachgewiesen, die die CP-Symmetrie brechen . Weil die CPT Symmetrie erhalten bleiben muss, ist dann auch die T-Symmetrie gebrochen . Das Problem ist nur, dass diese CP-Symmetriebrechung so gering ist, dass sie für das Verschwinden der Antimaterie nicht alleine verantwortlich sein kann. Diese zusätzlich notwendige Irreversibilität kann im Standardprogramm das Higgs-Teilchen übernehmen, wenn wir davon ausgehen, dass das Higgs aus reiner thermodynamischer Energie besteht.
Wir sollten davon ausgehen, dass es ein Evolution der Materie gibt, so wie es auch eine Evolution des Lebens gibt.
Auch die Arten sind nicht auf einen Schlag entstanden. Sie haben sich entwickelt. Am Anfang war der kosmische Feuerball aus reiner thermischer Energie. Daraus entwickelte sich die gerichtete Mesonen-Strahlung mit ihrem Ladungswechsel, und aus der Strahlung entstand die Materie. So sehe ich die kosmische Entwicklung.

IZ:
Bei den Medienberichten rund um die Entdeckung des Higgsbosons spricht man ja auch vom Rätsel der Dunklen Materie, auf das das Higgs eine Antwort geben soll. Welche Erklärung haben Sie denn für die Dunkle Materie ?

Autor:
Die Dunkle Materie gehört mit zu den überraschenden Entdeckungen in der Astronomie. Die leuchtende Materie, die wir mit unseren Teleskopen wahrnehmen, soll nur einen Anteil von 4 % an der gesamten Materie haben. Nach dem Newtonschen Gravitationsgesetz müssten die Sterne am Rande ferner Galaxien wegen ihrer zu hohen Geschwindigkeit auf Grund der Fliehkraft aus der Bahn geworfen werden . Was hält die Galaxien zusammen ? In der MOND-Theorie soll das Newtonsche Gravitationsgesetz modifiziert werden, um die Theorie den Beobachtungen anzugleichen. Die derzeit heiß diskutierte Annahme ist das Neutralino als das leichteste supersymmetrische Teilchen. Das könnte interessant werden, sollten sich beim LHC erste Hinweise auf die Realisierung der Supersymmetrie in der Natur zeigen. Ein interessanter Ansatz sind auch die Neutrinos oder Antineutrinos einer 4. Familie, die ein Masse von > 45 GeV haben müssten. Schwere Antineutrinos würden gleich 2 Probleme lösen, das der Antimaterie und der Dunklen Materie. Ein 4. Neutrino ist in der
Theorie zwingend notwendig, wenn die experimentell nachgewiesenen Massen der Neutrinos jenseits des Standardmodells erklärt werden sollen.

IZ:
Könnte die Dunkle Materie auch aus einer anderen Materieform besten ? Die Materie, so wir sie kennen, besteht aus u-Quarks, d-Quarks und Elektronen.

Autor:
Warum eigentlich nicht ? Das ist eine originelle Hypothese. Stellen wir uns das Weltall vor wie eine durchsichtige Kugel. So wie wir auf der Oberfläche der Erde leben, so leben wir auch auf der Oberfläche dieser durchsichtigen Kugel. Nur ist diese Kugel viel größer und die Oberfläche erscheint flach. Wir haben eine flache Raumzeit. Mit unseren riesigen Teleskopen schauen wir in das Innere dieser Kugel . Das Licht, das auf unsere Sensoren fällt, ist zum Teil viele Milliarden Lichtjahre unterwegs. Umso weiter wir in das Innere dieser Kugel schauen, umso mehr ist die Raumzeit gekrümmt . Ganz im Inneren ist die Krümmung nahezu unendlich groß. Wir sind beim Urknall angekommen. Wie wir wissen, bewegen wir uns beim heißen Urknallmodell auch bei unserer Reise ins Innere entlang einer Temperaturkurve. Beim Urknall ist die Plancktemperatur 10^32 °K. Das ist unvorstellbar heiß. Stellen wir uns diese Reise ins Innere der Kugel auch als eine Reise in der 5. Dimension vor. Wir durchschreiten auf unserer imaginären Reise Welten mit immer größerer Krümmung der Raumzeit. Nach Einstein wird die Konzentration der Massenenergie und damit die Gravitation immer stärker. Wir sind hier in Münster und wollen das Phänomen der Dunklen Materie mit thermodynamischen Prinzipien erklären.

IZ:
Das heißt doch, dass das Licht, das viele Milliarden Lichtjahre unterwegs ist, aus einer Welt stammt, deren Raumzeit stark gekrümmt ist. Die enorm hohe Temperatur des damaligen Vakuums lässt sich aus der Abkühlkurve des Universums als Funktion berechnen. Es können damals ganz andere Materieformen stabil gewesen sein.

Autor:
Im Baukasten der Natur haben wir die Quarks und Leptonen der 2. Und 3. Familie, die wir als thermodynamische Anregungen der u-Quarks, des d-Quarks , des Elektrons und des Neutrinos auf fassen können. Die Familien verhalten sich hinsichtlich der elektromagnetischen Wechselwirkung gleich. Sie unterscheiden sich nur in der Masse und damit in der gravitativen Wechselwirkung . Das auf den Sensoren auftreffende Licht kann also auch von Sternen kommen, die schweren Wasserstoff, bestehend aus s-Quarks und c-Quarks, verbrennen. Mit Hilfe der elektromagnetischen Wechselwirkung können wir Wasserstoff aus der ersten oder zweiten Familie nicht unterscheiden , wohl aber durch die Gravitationswirkung.

IZ:
Wir könnten also aus der Bewegung der Sterne am Rande der Galaxie ableiten , aus welchen Quarkmischungen und Leptonen der leuchtende Stern besteht. Das ist eine originelle Hypothese. Das Gravitationsgesetz von Newton bräuchten wir nicht zu modifizieren. Wir bräuchten auch keine neuen Teilchen zu postulieren . Wir benutzen einfach die Teilchen aus dem Baukasten der Natur, die schon vorhanden sind und geben ihnen eine Bedeutung. Licht als Sonde ist nicht geeignet, um diese Hypothese zu bestätigen . Gäbe es noch andere Möglichkeiten ?

Autor:
Mit der Neutrinospektroskopie können wir die unterschiedlichen Materieformen der Familien erkennen. Hierzu wurden in den letzten Jahren für die 3 Neutrinos unterschiedliche Analyse -Methoden entwickelt.

IZ:
Es ist immer wieder interessant und erfrischend, wie Sie die großen Rätsel der Physik in einem anderen Licht erscheinen lassen, und wie Sie originelle Gedanken jenseits des Mainstreams formulieren. Die Entdeckung des Higgs-Bosons wurde in den Medien als die Jahrhundert-Entdeckung gefeiert. Das Higgs-Boson soll das Tor zu einer neuen Welt aufstoßen. Treffen wir uns doch bei unserem nächsten zweiten Interview in Wien und sprechen wir dort über die Boltzmannwelt.
Treffen wir uns auch zum 3.Interview in Münster

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