Willkommen in der Planckwelt

7. Interview in Hannover

Gibt es die 5. Urkraft ?

IZ:
Die aktuellen Versuchsergebnisse des kernphysikalischen Instituts Atomki in Ungarn haben die Vorstellung von einer 5. Naturkraft neu aufleben lassen. Durch den Beschuss von Tritium mit Protonen entsteht radioaktives Helium, das Gammastrahlen aussendet. Die Photonen der Gammastrahlung zerfallen in Elektron- Positron- Paare, die von den reihum positionierten Spektrometern detektiert werden. Bei einem Millionstel dieser Prozesse stoßen sich die Elektronen und die Positronen mit einem Winkel von 115° ab. Das kann mit dem Standardmodell nicht erklärt werden. Das Team des Atomki geht davon aus, dass das Heliumatom ein Dunkles Boson mit einer Masse von X17 abstrahlt , das dann in das Elektron-Positronpaar zerfällt. Dieses Boson wäre dann das Trägerteilchen einer 5. Kraft. Lässt sich diese Kraft in das Standardmodell einordnen?

Autor:
Das Standardmodell der Elementarteilchen beschreibt 3 Naturkräfte, die elektromagnetische Kraft, die schwache Kraft und die starke Farbkraft. Die Gravitationskraft wird im Standardmodell vernachlässigt. 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 wurde 2012 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet. Die inzwischen erreichte Kollisionsenergie von 13 TeV reicht zwar aus, um das Higgs-Boson nachzuweisen, ist aber weit davon entfernt, in den Energiebereich vorzustoßen, bei dem die elektroschwache Kraft mit der starken Kernkraft vereinigt sein soll. Die 3 Naturkräfte werden mit 3 Symmetrien beschrieben: SU(3) x SU(2) x U(1) . Können auch die Massen als die Ladungen der Gravitation durch eine Symmetrie beschrieben werden? Eine Symmetrie würde die Beliebigkeit der Massen im Standardmodell beenden.

IZ:
Das Standardmodell beschreibt 15 massive Elementarteilchen. Es sind die Quarks, Leptonen und Bosonen. Es ist wohl das größte Problem der heutigen Physik, dass die experimentell ermittelten Massen von der herrschenden Lehre nicht erklärt werden können.

Autor:
Die 15 massiven Elementarteilchen im Standardmodell sind die kleinsten Quanten der Materie. Die Gluonen, das Photon und die Neutrinos haben im Standardmodell keine Ruhemassen. Bei den massiven Eichbosonen der schwachen Wechselwirkung kam das Problem auf, dass dimensionsbehaftete Massen die Eichsymmetrie der Bewegungsgleichungen verletzen. Higgs löste das Problem. Er ersetzte die Masse durch die dimensionslose Yukawa-Kopplungskonstante f nach der Formel m= v f mit dem Vakuumerwartungswert v=246 GeV als Proportionalitätskonstante. Die Yukawa- Kopplungskonstante f hängt für jedes massive Elementarteilchen von e^-S/k und den Quantenzahlen von 0 bis 5 ab. Die einfachste Kopplungskonstante ist die des Z-Bosons mit f_Z= e^-1 . Das Higgsboson hat die Kopplungskonstante f_H=e^-2/3 . S ist die Entropie, die auch Wärmeladung genannt wird. Die Wärmeelementarladung ist die Bolzmannkonstante k. Wir erhalten eine Quantengravitation, die auf empirisch ermittelten Massen des Standardmodells beruht. Das unterscheidet sie von der Superstringtheorie als mathematische Theorie ohne Bezug zu Experimenten. Die Quantengravitation beruht auf der Skalensymmetrie. Die drei anderen Naturkräfte beruhen auf der lokalen Eichsymmetrie.

IZ:
Der Higgs-Mechanismus erklärt den Ursprung der Masse durch die spontane Symmetriebrechung, kann aber nicht erklären, warum die Elementarteilchen gerade die Masse und die Yukawa- Kopplungskonstante haben, die sie haben. Daher wird der Higgs-Mechanismus als eine Hilfskonstruktion angesehen. Gibt es eine Symmetrie, die 15 Yukawa-Kopplungskonstanten und somit die Massen der Elementarteilchen des Standardprogramms festlegt?

Autor:
Es ist die SO(4) Symmetrie, die sich bei der Berechnung des Energiespektrums des Wasserstoffatoms bewährt hat. Sie besteht aus der 3D-Rotation und einer Translation. Das Elektron, z.B., hat den Yukawa-Kopplungswert e^(e^-2/3 -5 e ). Die Quantenzahl ist 5, der Rotationswinkel ist -tan e, und die Translation ist e^-2/3. Die Gravitation ist die 4. Kraft des Standardmodells. Über die Skalensymmetrie kann das Higgs-Boson als Austauschteilchen mit allen Massen des Standardmodells wechselwirken.

IZ:
Kommen wir zur 5. Kraft . Gibt es eine Materieform, bei der wir die 5. Urkraft durch Experimente nachweisen können ?

Autor:
Das Elektron ist nicht nur ein Teilchen, sondern es verhält sich auch wie eine Welle nach der Gleichung λ=h/p. Mit diesem Welle-Teilchen Dualismus des Elektrons wäre de Broglie beinahe durch die Doktorprüfung gefallen. Er formulierte später den Dualismus von Licht und Wärme A/h = S/k. Die Gleichung ist bei der biologischen Materie erfüllt, wie Karl Trincher in seinem Buch „Biothermodynamik“ aufzeigte. Für Trincher ist Leben die Strukturerhaltung der Zelle gegen die Wärmedissipation durch die Aufnahme von freier Energie. Mit feinen Elektroden maß er den Temperaturunterscheid innerhalb und außerhalb der Membran einer kernlosen Säuretiermuskelzelle, und er maß die Zyklusdauer des Energie-Grundumsatzes. Das Produkt ergab h/k= 10^-11 °Ks. Er bezeichnete sie als biothermodynamische Konstante.

IZ:
Ist bei der biologischen Materie die Masse quantisiert?

Autor:
Der russische Biologe Cislenko hat die Körpergewichte von vielen tausend Tierwelt-Arten, von den Säugetieren, über die Reptilien, Vögel bis zu den Insekten gemessen und nachgewiesen, dass die Massen nicht beliebig sind. Sie folgen, wenn sie logarithmisch aufgetragen werden, der Skalensymmetrie.

IZ:
Nach der herrschenden Lehre sind die 4 Naturkräfte bei der Plancktemperatur 10^32 °K und der Planckenergie E=k T_Pl vereinigt. Wie sollen dann bei der biologischen Materie bei irdischen Temperaturen die 4 Naturkräfte vereinigt sein?

Autor:
Der unvorstellbar hohen Aktivierungs-Energie steht eine negative thermodynamische Energie mit negativer Entropie entgegen. So wird in der Chemie die Aktivierungsenergie und die Reaktionstemperatur mit Katalysatoren gesenkt. Ein Beispiel ist die Ammoniaksynthese. Bei der biologischen Materie sind es die Enzyme, die als Katalysatoren biochemische Reaktionen bei Umgebungstemperaturen ermöglichen. Enzyme haben im Laufe der Evolution einen hohen Informationsgehalt erreicht. Negentropie ist gleichbedeutend mit Information. Alle 4 Naturkräfte kommen dadurch zur Wirkung. So reichern Pflanzen das radioaktive Kohlenstoffisotop C14 an. Aus dem Zerfall von C14 kann auf das Alter der Pflanzen in erdgeschichtlichen Sedimenten geschlossen werden. In Tschernobyl ist in der radioaktiv verseuchten Umgebung eine Fauna mit neuen Arten entstanden, die sich an die Radioaktivität angepasst hat. Gewisse Bakterien können Gold und Kupfer in ihrem Organismus anreichern. Pflanzen überwinden die Schwerkraft und wachsen dem Sonnenlicht entgegen.

IZ:
Ein großer Schritt der Evolution begann mit der Photosynthese der Cyanobakterien. Bei der Photosynthese wird Solarenergie mit hoher Effizienz in chemische Energie umgewandelt und gespeichert. Die Photosynthese ist der einzige bekannte Prozess, bei dem Wasser „verbrannt“ wird. Was lernen wir von der Natur?

Autor:
Ein Photon des Sonnenlichts generiert zu 100 % ein Exziton. Das Exziton ist bei der Pflanze ein Anregungszustand des Chlorophyll-Moleküls. Es besteht aus einem Elektron und einem Positron. Das Exziton muss innerhalb von 10^-15 s in das Reaktionszentrum gelangen, in dem die Ladungen getrennt werden und mit dem freien Elektron die Synthese des Zuckers erfolgt. Licht wird dort in chemische Energie umgewandelt und gespeichert. Wie kommt die hohe Effizienz zustande bei der jedes Photon ein Elektron erzeugt? Die Photosynthese der Pflanzen nutzt quantenmechanische Effekte. Das angeregte Exziton ist sowohl ein Teilchen als auch eine Welle. Als Welle ist es in einem kohärenten Überlagerungszustand. Es ist gleichzeitig an vielen Orten. Erreicht die Welle innerhalb von 10^-15 s das Reaktionszentrum, dann kollabiert die Wahrscheinlichkeitswelle. Dieser Zustand wird Dekohärenz genannt. Femto-Pulslaser lösen die Zeit von 10^-15 s auf und zeigen den Übergang von Kohärenz zu Dekohärenz.

IZ:
Wenn wir die biologische Kraft als 5. Kraft bezeichnen wollen, dann benötigen wir polarisierende Ladungen.

Autor:
Linksdrehende Aminosäuren und rechtsdrehende Zucker sind die wichtigen Bausteine der biologischen Materie. Im Mittelpunkt der linksdrehenden Aminosäure ist das asymmetrische Kohlenstoffatom mit 4 unterschiedlichen Liganden. Linksdrehende Aminosäuren drehen die Ebene des polarisierten Sonnenlichts nach links. Es gibt 5² - 1 = 24 proteinogene L-α-Aminosäuren . Die Evolution hat sie aus über 400 Aminosäuren ausgewählt, um die lebenswichtigen Proteine und Enzyme zu synthetisieren. Durch Auswählen erzeugt die Asymmetrie biologische Information. Der Gegenpol zu den linksdrehenden Aminosäuren sind die rechtsdrehenden Zucker. Zucker, wie die Desoxyribose, sind die Kettenmoleküle der DNS, die Träger der Gene. Die Polarität von rechts- und linksdrehenden asymmetrischen Kohlenstoffatomen erzeugt diese neue Kraft. Das Virus ist der kleinste Träger dieser Kraft, die zur Zeit mit dem Corona-Virus die Welt in Atem hält. Das Virus besteht aus der RNS, die von der Proteinhülle umgeben ist. Für den Stoffwechsel benötigt das Virus einen Wirt. Das mRNS- Drucken des Tübinger Unternehmens CureVac weckt zurzeit weltweit große Aufmerksamkeit. Da die RNS-Sequenz des Corona-Virus inzwischen entschlüsselt wurde, wird CureVac zugetraut, nach diesem gentechnischen Verfahren den dringend benötigten Impfstoff gegen das Corona-Virus auf dem kürzesten Weg herzustellen. Mit der Gen-Schere muss die RNS des Virus dahingehend modifiziert werden, dass die synthetisierte Proteinhülle am Eindringen durch die Membran der Wirtszelle gehindert wird.

IZ:
Welche Rolle spielt das Wasser bei der biologischen Materie ?

Autor:
Wenn wir auf dem Mars nach vergangenen Leben forschen, dann suchen wir erst nach Anzeichen von Wasser, das die Voraussetzung für die Entstehung der lebenden Materie ist. Asymmetrische Kohlenstoffverbindungen werden weniger thematisiert. Wasser ist eine einzigartige Flüssigkeit. Biomoleküle sind in Wasser beweglich. Wasser stabilisiert durch seine Polarität Strukturen, die sich dem täglichen und jährlichen Temperaturwechsel anpassen. Wasser besteht aus flüssigkristallinen Phasen. Eine interessante flüssigkristalline Phasengrenze ist bei 37°C, der Körpertemperatur des Menschen. An den Phasengrenzen wird durch Auswahl der biologischen Moleküle die biologische Information erzeugt.

IZ:
Welche Symmetrie liegt der 5. Kraft zu Grunde?

Autor:
Die 24 proteinogenen L-α- Aminosäuren haben jeweils ein asymmetrisches Kohlenstoffatom mit 24 unterschiedlichen Liganden. Wenn wir in den 5²-1 = 24 asymmetrischen Ladungen des Kohlenstoffs den Ursprung einer neuen Kraft 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) setzt den Zerfall des Protons voraus, der mit hohem Aufwand nicht nachgewiesen werden konnte. Deshalb geriet die SU(5) in Vergessenheit.

IZ:
Geben Sie der SU(5) eine zweite Chance?

Autor:
Die SU(5) gibt vor, dass mindestens ein Proton innerhalb von 10^31 Jahren zerfällt. In den riesigen Wasserreservoirs, die in europäische und japanische Stollen gebaut wurden, wurde kein einziger Protonenzerfall nachgewiesen. Gibt es auch schwere Protonen? Am LHC wurde 2017 ein Baryon {ccu++} mit zwei schweren charm-Quarks nachgewiesen. Das Teilchen {ccd+} , ebenfalls aus der Xi-Familie, wurde erstmals in den USA nachgewiesen und entspricht einem schweren Proton. Es zerfällt in 10^-15 s . Es konnte nicht mehr reproduziert werden. Dieses schwere Proton hat die 4-fache Masse des normalen Protons. Wasserstoff aus schweren Protonen und Dunklen Elektronen kann durchaus das gesuchte Teilchen der Dunklen Materie sein. Es wäre eine Sensation , wenn das Dunkle Elektron das Dunkle Elektron des F17 Teilchens des Atomki-Instituts in Ungarn wäre. 2023 soll es mit dem neuen LHCb- Detektor nachgewiesen werden. Nur die Gravitation kann das normale Wasserstoffatom {uud e} vom schweren Wasserstoffatom unterscheiden.

Was hat es mit der Dunklen Materie auf sich ?

Autor:
Als die Geschwindigkeit der Wasserstoffwolken am Rande unserer Galaxie mit der Doppler-Verschiebung der 21cm Radiowelle gemessen und berechnet wurde, wurde festgestellt, dass die Geschwindigkeit der Wasserstoffwolken höher ist als die Bahngeschwindigkeit, die das Gravitationsgesetz von Newton zulässt. Damit die Fliehkraft die Wasserstoffwolken nicht ins All hinausträgt, bedarf es einer zusätzlichen Gravitation, die wir der Dunklen Materie zuschreiben. Dunkler Wasserstoff würde diese Gravitation liefern. Mit dem Röntgenteleskop des Plancksatelliten wurde eine Temperatur der heißen Gaswolken, die die Sterne umgeben, von über einer Million Grad gemessen. Bei diesen Temperaturen sollte Dunkler Wasserstoff existieren. e eit r Wasserstoffwolken am Rande unserer Galaxiauf talysatoren gesenkt werden, so werden

IZ:
Was treibt die Evolution an ?

Autor:
Zwei Prinzipien treiben die Evolution an. Da ist einmal das Prinzip der minimalen Wirkung mit dem Welle- Teilchen Dualismus und zum anderen das Prinzip des 2. Hauptsatzes der Thermodynamik mit dem Dualismus von Chaos und Ordnung. In geschlossenen Systemen nimmt die Entropie und die Unordnung zu. In offenen Systemen gibt es einen Energie-, Materie- und Informationsaustausch und die Entropie nimmt ab und die Ordnung des Systems nimmt zu. Das ist vergleichbar mit einer Stadt, die sich außerhalb mit Müllbergen umgibt und durch Nahrungszufuhr ein geordnetes Zusammenleben innen aufrecht erhält. Die Entropie disproportioniert. Diese Disproportionierung treibt die Evolution zu immer höherer Komplexität an.

IZ:
Wo ist nach Alfred Nobel der Nutzen für die Menschheit, wenn wir die 5. Naturkraft erforschen?

Autor:
Der Nutzen besteht darin, die biologische Kraft besser zu verstehen und in kurzer Zeit neue Technologien für die Herstellung neuer Produkte zu entwickeln. Hierzu gehört auch der Impfstoff gegen das gefährliche Corona -Virus. Neue Technologien haben unsere Welt verändert und den heutigen Wohlstand ermöglicht. Das Navigieren mit dem GPS wurde erst möglich durch Berücksichtigung von Einsteins Relativitätstheorien. In der Elektronik macht die Anwendung der Quantentheorie u.a. Smartphones mit hochauflösenden LED-Bildschirmen und viele Dinge des täglichen Bedarfs erst möglich. Das dotierte Silizium mit seiner asymmetrischen Ladungsstruktur ist der materielle Träger der Information in der heutigen Silicium-Welt.

IZ:
Warum sind Symmetrien so wichtig, um eine Kraft zu verstehen?

Autor:
Ein Beispiel ist das Higgs-Boson. Das Higgs-Boson war das einzig fehlende Elementarteilchen des Standardmodells. Die Masse war unbekannt und sie kann auch heute noch nicht berechnet und von einer Naturkonstanten abgeleitet werden. Der Bau des LHCs mit einem Aufwand von 6 Milliarden Euro diente über viele Jahre allein dem Zweck, sich mit vielen Kollisionsversuchen an den Wert 126.3 und 125.3 GeV heranzutasten. Das waren 2011 die Werte, die vom ATLAS – Detektor und vom CMS – Detektor gemessen wurden. Die Masse des Higgs-Bosons wird berechnet nach der Formel m_H= v f mit dem Vakuumerwartungswert v=264 GeV . Der Yukawa-Kopplungswert f ist e^-2/3 . Die Kenntnis und Akzeptanz dieses Werts im Rahmen der SO(4) – Symmetrie wäre ein Beitrag, Kosten und Zeit zu sparen.

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