Die irre Saga der rasenden Neutrinos ist … vorbei!

Bis auf einen formellen Widerruf der angeblich leicht überlichtschnellen Neutrinos des OPERA-Experiments ist in März alles zusammen gekommen: Ein anderes Experiment hat eindeutig gezeigt, dass Neutrinos exakt lichtschnell sind, bei OPERA hat man die Fehlerquelle eindeutig identifiziert, die die Überlichtgeschwindigkeit vortäuschte, und damit zugleich ebenfalls die exakte Lichtgeschwindigkeit von Neutrinos bestätigt – und zwei Sprachrohre des vermeintlichen OPERA-Mysteriums sind von ihren Positionen zurück getreten, nachdem sie im Team erheblicher Kritik ausgesetzt waren und nach eigener Erkenntnis das Vertrauen vieler Kollegen verloren hatten. Offen sind jetzt nur noch Fragen, wie der Fehler jahrelang(!) übersehen werden konnte, ob die Veröffentlichung des Pseudo-Mysteriums letzten September gerechtfertigt war oder nicht – und ob die Aufklärung, die OPERA-intern schon letzten Dezember gelang, zu Unrecht noch mehrere Monate lang geheim gehalten wurde, während unabhängige Praktiker wie Theoretiker weiter Zeit mit der Suche nach vermeintlichen Erklärungen verschwendeten; noch jetzt tauchen entsprechende Papers auf.

Seit irgendwann 2008 – 2007 war das Timing nachweislich noch einwandfrei – ist ein Glasfaserkabel zur Übertragung von Laserpulsen für die Zeitmessung nicht mehr komplett eingeschraubt gewesen: Es leitet Zeitsignale eines GPS-Empfängers außerhalb des Gran-Sasso-Tunnels 8.3 km weit bis zur Master-Clock von OPERA. Durch den schlechteren Anschluss baute sich eine elektrische Spannung in einem Konverter langsamer auf als vorher und eine Verzögerung des Zeitsignals von rund 75 Nanosekunden entstand – wodurch die Neutrinos vom CERN entsprechend zu früh anzukommen schienen. Ein zweites Problem mit einem Oszillator der Master-Clock spielte gegenüber der Kabel-Panne nur eine untergeordnete Rolle. Durch eine Verkettung unglücklicher Umstände trat bei den Spezialexperimenten mit Neutrinopulsen genau derselbe Zeitfehler auf, so dass die Überlichtgeschwindigkeit scheinbar perfekt bestätigt wurde. Vielleicht was es das, was das OPERA-Management derart in die Irre führte, dass man die Suche nach simplen Fehlerquellen im Experiment zunächst hintanstellte. Auch hatte man viel damit zu tun, auf komplexe Fehlerszenarien einzugehen, die von Aussenstehenden postuliert und in einer Flut teilweise agressiver Papers vorgetragen wurden.

Erst Tests an der Hardware letzten Dezember und der Vergleich mit einem weiteren Teilchenexperiment im Gran-Sasso-Tunnel (dem Myonen-Detektor LVD) brachten die Physiker schließlich auf die rechte Spur: Das Kabel wurde neu eingesteckt und der Zeitfehler verschwand mit einem Schlag. Praktisch zeitgleich mit einem anderen Neutrinodetektor, ICARUS mit 7 exakten Neutrino-Flugzeiten, waren sie nun sicher, dass allein das Glasfaserkabel an allem schuld war; die ICARUS-Forscher publizierten aber schneller, am 16. März, während OPERA bisher nur auf einem internen Workshop am 28. März berichtete. Am Ende der Affäre bleibt die Aufklärung des vermeintlichen Mysteriums durch die Experimentatoren selbst und zugleich die Frage, warum man nicht vor seiner Bekanntgabe viel gründlicher alle technischen Aspekte von OPERA überprüft hatte – dass die Steckverbindung schwer zugänglich und leicht zu ‚übersehen‘ war, entschuldigt da wenig … Strassler, Artikel „What went wrong“ 2.4., Ereditato, Le Scienze 30., Antonello et al., Preprint 29.3.2012; Discovery, Strassler Blog 5., Science 2.0 4., New Scientist 3., Strassler Blog, Nature, Kirilliov & Savelova, Preprint (ernstgemeint?) 2.4., Strassler Blog, Physics World, Nature Blog, New Scientist, BBC, AFP, Rtr., Spiegel 30., CERN Release, Nature, Science 2.0, Ars Technica, Cosmic Variance, Scientific American, BBC, Starts with a Bang, New Scientist Blog, Spiegel 16., Nature, Quantum Diaries 7.3., SkepticBlog 27., New Scientist, FAZ 24., KosmoLogs, ScienceBlogs 23.2.2012

Zweites Experiment bestätigt großen dritten Neutrino-Mischungswinkel

Knapp nach den Chinesen haben koreanische Physiker mit dem Reactor Experiment for Neutrino Oscillations (RENO) anhand zweier Detektoren in 290 und 1400 m Abstand von einem Komplex aus sechs Kernkraftwerken praktisch dasselbe Theta-1-3 gemessen: abermals also frohe Kunde für die Neutrinophysik, die damit interessanten künftigen Experimenten entgegen blicken kann. (Interactions, Symmetry Breaking 4.4.2012. Und Science 30.3.2012 S. 1553 und Nature 26.3., Science 2.0 4.4.2012 zur fehlenden Finanzierung des amerikanischen Long-Baseline Neutrino Experiments. Plus NSF Release 2.4. zur Bestimmung der Masse der Neutrinos aus der großräumigen Verteilung von Galaxienhaufen, die sich wiederum negativ in der CMBR bemerkbar machen)

Die erste Übertragung einer „Nachricht“ mittels Neutrinos ist in den USA gelungen – durch 240 Meter Fels, mit 0.1 Bit pro Sekunde und einer Fehlerquote von unter 1%. Das Wort „Neutrino“ kam nach zwei Durchgängen von zusammen140 Minuten tatsächlich zuverlässig an – aber für einen operationellen Einsatz (etwa zur Kommunikation mit Ubooten) fehlen ebenso leistungsfähige „Sender“ wie ausreichend empfindliche „Empfänger“. Und die prinzipiellen physikalischen Hürden sind viel höher als beim normalen Funk, wo den ersten Laborerfolgen rasch der praktische Nutzen folgte. (Stancil & al., Preprint 13.3.2012; Symmetry Breaking, Nature, Ars Technica, ArXiv Blog)

Im LHC wird wieder kollidiert – jetzt mit 8 TeV Energie

Seit dem Morgen 5. April läuft der Large Hadron Collider nach der langen Winterpause wieder, mit zwei gegenläufigen Protonenstrahlen – und Kollisionen in den vier großen Detektoren. Aber diesmal beträgt die Energie pro Strahl 4 statt bisher 3.5 TeV: Erst im März hatte man sich endgültig zu diesem kleinen aber für die Statistik wichtigen Schritt durchgerungen, der die komplexe Technik des Beschleunigers mehr fordert. Bis Jahresende sollen 15 inverse Femtobarn eingefahren sein, gegenüber den 5 bisher: Je nach Optimismus wird bereits im Sommer oder spätenstens Winter endgültig klar sein, ob es denn nun ein – klassisches – Higgs-Teilchen bei rund 125 GeV Masse gibt oder nicht (beide Positionen werden aus der bisherigen Datenlage abgeleitet). Unbestritten ist bisher nur, dass der LHC bis Ende 2011 keinerlei nennenswerte „neue Physik“ gefunden hat, und der Ruf ist bereits laut geworden, mehr Kollisionsdaten als bisher zu speichern, um auch noch exotischeren Prozessen suchen zu können: Das allerdings gibt die Datentechnik gar nicht her. (CERN Release 5.4.2012; IBTimes 6., Resonaances, Quantum Diaries [mehr], BBC, Cosmic Variance 5., Telegraph, Starts with a Bang 3., Washington Post, Cosmic Variance 2.4., Quantum Diaries 27., Nature 21., Giardino & al., Preprint 19., New Scientist, Quantum Diaries, BdW 16., Vasquez & al., Preprint, Physics World, Science Journalism Tracker 15., Resonaances, Hephy 14., Physics 13.3.2012)

Das AMS auf der ISS hat schon 14 Mrd. Teilchen Kosmische Strahlung gemessen, aber frühestens in einem Jahr wird man Details erfahren: Vorläufige Ergebnisse gibt’s keine, Punkt. Muss man sich eben mit dem Ballon-Experiment BESS begnügen, das neue Obergrenzen für die Existenz von Antihelium im Weltraum geliefert hat. (Nature 31., Physics 29.3.2012. Auch NASA Release 2.4.2012 zu neuen Einschränkungen der Natur der Dunklen Materie über die Nichtdetektion von Zwerggalaxien durch Fermi und Nature 3.4.2012 zu „billigen“ Experimenten für die Jagd nach ‚dunklen Photonen‘ …)

Dritter Mischungswinkel der Neutrinos bestimmt

Es ist das erste bedeutende physikalische Experiment in der VR China, und es hat vier Konkurrenten abgehängt: Mit dem internationalen Daya Bay Reactor Anti-neutrino Experiment („Chinesisches Neutrino-Experiment …“) in der Nähe von Hongkong ist binnen weniger Monate der dritte bisher nur vage bekannte Mischungswinkel Theta-1-3 („‚Double Chooz‘ auf dem Weg …“) bestimmt worden, und er ist mit 9° überraschend groß. Bei dem Experiment werden Elektron-Antineutrinos sowohl direkt neben großen Kernkraftwerken als auch in 1.7 km Abstand gezählt: 80’376 bzw. 10’416 Exemplare wurden für die Analyse registiert. Letztere Zahl ist um 6% ‚zu klein‘, d.h. ein Teil der Antineutrinos ist in einen anderen Flavor oszilliert: Daraus lässt sich der Mischungswinkel berechnen, der im Prinzip auch Null hätte sein können. Ist er aber nicht, im Gegenteil: Die Natur ist mindestens so interessant wie erhofft. Was auch eine sehr gute Nachricht für künftige Neutrino-Experimente ist, die nun eine Chance zum Nachweis einer CP-Verletzung haben und damit sehr tiefen Einsichten in die Physik des ganzen Universums, die Existenz der Materie inklusive. The Daya Bay Collaboration, Preprint; BNL, VT, Caltech, IHEP, LBL Releases; Physics World, Symmetry Breaking, Nature Blog, Quantum Diaries, New Scientist, Scientific American, Science Now, Science Journalism Tracker. Und Wired mit noch mehr Neutrino-Experimenten und Tavecchio & al., Preprint, S&T, Physics World mit zwei Spekulationen über Axions

Das erste Spektrum eines Anti-Wasserstoff-Atoms ist beim CERN-Experiment ALPHA („309 Anti-Wasserstoff …“) gewonnen worden: Viel kann man daraus noch nicht lernen, aber mit dieser Technik sollte es später möglich sein („Zum ersten Mal …“), heraus zu finden, ob Materie und Antimaterie identisch sind oder aber eine CPT-Verletzung vorliegt. Was dann auch wieder ungemein fundamental wäre. (LBL, CERN Releases. Und New Scientist, BBC, IO9 mit weiterer Antimaterie-Forschung und Scientific American, Science Journalism Tracker zu kuriosen Gedanken über „Zeit-Kristalle“ …)

„Higgsterie“ – oder 125-GeV-Higgs de facto bewiesen?

„Das Higgs-Boson ist noch nicht entdeckt, aber seine Masse beträgt 125 Mrd. Elektronenvolt“, geht derzeit ein Physiker-Witz: Nicht nur die ATLAS- und CMS-Experimente des LHC sondern auch die CDF- und D0-Detektoren des Tevatron sehen ein vages Signal in diesem Energiebereich, allerdings mit immer nur wenigen Sigma. Der Tevatron in den USA liegt seit letztem September still, aber die Gesamtheit seiner Kollisionsdaten ist nun ausgewertet (wobei u.a. die bisher beste Massenbestimmung des W-Bosons heraus gekommen ist). Und da scheint zwischen 115 und 135 GeV etwas zu sein, mit 2.2 Sigma: ein viel breiterer „Bump“ als beim LHC, weil die Energieauflösung geringer ist, aber die Mitte fällt mit den 124 bw. 125 GeV der ähnlich (in)signifikanten LHC-Exzesse zusammen. Wenn man alle Daten in einen Topf wirft und gut umrührt, kann man eine Gesamt-Signifikanz von beinahe 5 Sigma, also eine Entdeckung, „erzeugen“, aber davor warnen Sachkenner energisch: Die Einzelergebnisse basieren auf einer Vielzahl von Zerfallsszenarien des Higgs, die nicht unabhängig sind – und manche davon zeigen auch gar keinen Exzess, weshalb die Signifikanz des ATLAS-Bumps sogar wieder etwas gesunken ist (aber nicht dramatisch). Gewarnt wird daher vor einer regelrechten „Higgsterie“ schon jetzt und noch etwas Geduld angemahnt: Übermorgen wird der LHC schließlich nach der Winterwartung wieder hoch gefahren, ab dem 7. April gibt’s wieder Proton-Proton-Kollisionen – und schon die International Conference for High Energy Physics im Juli in Melbourne könnte den Durchbruch bringen. (Science 9.3.2012 S. 1159; Symmetry Breaking 9., ATLAS Blog, Spiegel 8., STFC Release, New York Times, AFP, New Scientist, Physics World, Ars Technica, Nature, Resonaances, Quantum Diaries, Symmetry Breaking, BBC, Guardian 7., CERN Release 5., Not even Wrong 4., ATLAS Blog 3., FNAL Release, Guardian, Quantum Diaries, BdW [umfassende Lagebeschreibung] 2., DLF 1.3., Symmetry Magazine März, Edinbg. Video 24., Vixra 23., CERN Courier, Nature 22., Resonaances 21., Discovery, Quantum Diaries 18., Scientific American Blog 17.2.2012)

Zwei Fehlerquellen bei OPERA entdeckt – und sie könnten Neutrinos schneller aber auch langsamer erscheinen lassen!

Entgegen manch vorschneller Meldung ist sind die „überlichtschnellen Neutrinos“ des OPERA-Experiments keineswegs eindeutig ad acta gelegt worden: Bei den emsigen Überprüfungen des hochkomplexen Experiments im Gran-Sasso-Tunnel sind vielmehr kürzlich zwei mögliche Fehlerquellen entdeckt worden – aber sie haben unterschiedliche Vorzeichen. Ergo kann es nach gegenwärtigem Kenntnisstand ebenso gut möglich sein, dass die Neutrinos genau so schnell wie das Licht vom CERN nach Italien reisen – oder aber, dass sie sogar noch mehr als die bislang immer wieder gemessenen 60 Nanosekunden ‚Vorsprung‘ vor einem hypothetischen Lichtquant auf gleicher Strecke haben. Erst neue Messungen mit den speziell hergestellten superscharfen CERN-Neutrino-Pulsen sollen Klarheit schaffen – aber das ist vor Mai nicht möglich. „The OPERA Collaboration, by continuing its campaign of verifications on the neutrino velocity measurement, has identified two issues that could significantly affect the reported result“, heißt es in einer Mitteilung des Experiments: „The first one is linked to the oscillator used to produce the events time-stamps in between the GPS synchronizations. The second point is related to the connection of the optical fiber bringing the external GPS signal to the OPERA master clock. These two issues can modify the neutrino time of flight in opposite directions.“

Dass ein falsch eingestecktes Glasfaser-Datenkabel den 60-ns-Fehler verursacht habe und man den Fall nunmehr zu den Akten legen könne, ist also schlicht falsch: Die Überschrift „‚Faster than light neutrinos‘ could be slower… or faster… than thought“ des britischen Science & Technology Facilities Council trifft es hingegen genau. Auch CERN – nicht direkt für OPERA verantwortlich und eigentlich nur der ‚Neutrinospender‘ – hat sich geäußert: „The first possible effect concerns an oscillator used to provide the time stamps for GPS synchronizations. It could have led to an overestimate of the neutrino’s time of flight. The second concerns the optical fibre connector that brings the external GPS signal to the OPERA master clock, which may not have been functioning correctly when the measurements were taken. If this is the case, it could have led to an underestimate of the time of flight of the neutrinos.“ INFN, CERN, STFC Releases, Strassler, Physics World, IO9, New Scientist, Reuters, BBC, Quantum Diaries, Welt der Physik, ProPhysik, DLF, BdW, Spiegel 23., Nature Blog, Reuters, New Scientist Blog, Cosmic Log, CBC, Starts with a Bang, Science Insider, Ars Technica, Cosmic Variance 22., Boyle Tweet 17.2., Ars Technica, APS TwitterPic 6., New Scientist 4.1.2012, Centauri Dreams 28., WUStL PR 23., Nature 21., New Scientist Blog 8.12.2011

Statt 7 nun 8 TeV Kollisionsenergie beim LHC

wird es 2012 geben, also 4 statt 3.5 TeV pro Protonenstrahl, wenn sie Mitte März wieder eingeschaltet werden und ab Anfang April auch wieder kollidiert wird: Dieses Jahr sollen dabei ca. 15 inverse Femtobarn eingefahren werden, dreimal so viele Kollisionsereignisse also wie 2011. Und die Anzahl der Higgs-Teilchen, die dabei erzeugt werden sollten, vervierfacht sich sogar: Spätenstens bis Ende des Jahres wird – wenn der Beschleuniger weiter so gut funktioniert – eindeutig klar sein, ob das vage Signal bei 125 GeV vom letzten Jahr real oder doch nur eine Fluktuation gewesen ist. Inzwischen gibt es auch detaillierte Papers zu den gesamten 2011-er Daten: Bei ATLAS hat sich nichts geändert, bei CMS ist der Nachweis geringfügig signifikanter geworden, denn eine neue Kategorie von Ereignissen ist hinzu gekommen.

Ein Kombination aller Messungen beider Detektoren wird es vielleicht nächsten Monat auf einer Konferenz geben: Weil die Energien der möglichen Higgse weiter etwas auseinander fallen (126 bzw. 124 GeV), wird die gemeinsame Signifikanz vermutlich nicht dramatisch über den individuellen (2.5 und 2.1 Sigma) liegen, vielleicht bei 3 Sigma (und vom schon gar nicht mehr arbeitenden Tevatron soll auch was zu hören sein in Sachen pro oder contra Higgs). Wenn das LHC-Signal vielleicht im Sommer mit den neuen Kollisionen zu einer Entdeckung wachsen sollte, hätte ein 125-GeV-Higgs übrigens erstaunliche Konsequenzen für die Stabilität des ganzen Universums: Das könnte nämlich jederzeit in einen noch niedrigeren Energiezustand rutschen – außer zusätzliche Teilchen außerhalb des Standardmodells verhindern dies.

Da der Kosmos bislang recht stabil war, sieht es eigentlich ganz nach der Existenz der letzteren (oder einem anderen Mechanismus gegen den Phasenübergang) aus. In den Kollisionsdaten bis Ende 2011 sind freilich auch nach der neuesten Analyse vom Januar 2012 keinerlei exotische Teilchen jedweder Art aufgespürt worden, insbesondere keine Vertreter der ersehnten Supersymmetrie, die so viele Probleme gleichzeitig lösen würden – genau so wenig wie Anzeichen zusätzlicher Raumdimensionen oder Schwarze Mini-Löcher, beides besonders schwierige Suchen. Hier wird es 2012 entweder die ersten Indizien oder aber aussagekräftige Grenzwerte geben. Und dann kommt der große Umbau: Erst 2015 wird wieder kollidiert, dann aber mit einer Gesamtenergie von 14 TeV, die wieder einen neuen Erkenntnisschub verspricht.

Ellis, Nature 481 [5.1.2012] 24; Quantum Diaries 16., BBC, Physics World, Discovery, Quantum Diaries 14., CERN Release & Video News, Nature Blog, New Scientist, Strassler, Ars Technica, Symmetry Breaking 13., Symmetry Magazine 12., Vixra, New Scientist, Physik Blog 9., Resonaances 8., CMS Collab., ATLAS Collab. Preprints, CERN, ATLAS Releases, Nature Blog, Science 2.0, Strassler, Woit 7., CMS Release 4.2., New Scientist, Resonaances 31., Quantum Diaries 20., McGill, FAZ Blogs 11., Woit 10., TeenSkepChick 8., Uni Mainz PR, New Scientist 6.1.2012, New Scientist 29.12.2011. Und PM der TU Wien 17.1.2012 zu noch flüssigerem Quark-Gluonen-Plasma bei den LHC-Blei-Kollisionen

Borexino gelingt Nachweis der pep-Reaktion in der Sonne

Schon letzten Sommer wurde der Nachweis von Neutrinos dieser Reaktion vom Untergrunddetektor („Erste Neutrinos aus seltener Fusionsreaktion …“) berichtet, jetzt ist die entsprechende Veröffentlichung erschienen: Etwa der der entscheidenden Signale sieht Borexino jeden Tag, nachdem mit erheblicher Mühe der Untergrund reduziert werden konnte. (Science News 8., Physics World 9.2.2012. Auch Pan European Networks 24.2.2012 zu grünem Licht für das Neutrinoteleskop KM3NeT, Nature Blog 26.1.2012 mit einem US-Ruf nach einem ordentlichen Untergrundlabor für Neutrinoforschung und de Putter & al., Preprint 9.1.2012 mit neuen Neutrino-Massengrenzen aus der SDSS. Und Kanekar & al., Preprint 16., New Scientist, Science Journalism Tracker 26.1.2012 zu Problemen beim astronomischen Test der Konstanz von Naturkonstanten, astrobites 31.1.2012 mit kosmischer Messung des p/e-Massenverhältnisses und Nature 31.1.2012 mit Problemen bei der Messung der Ladung des Neutrons im Labor)

Die Datenlage in Sachen direkten Nachweises Dunkler Materie bleibt konfus, nachdem 3 Detektoren irgendwas sehen, 2 aber nicht: Mit viiiel gutem Willen könnte man das mit einem WIMP von etwa 10 GeV erklären, das sich den beiden Negativ-Experimenten irgendwie entzieht. (Hooper, Preprint 5., New Scientist 9.1.2012. Und astrobites 17.1.2012, Physics World 8.12.2011 mit Nullresultaten von Fermi bzgl. DM-Vernichtungs-Strahlung aus nahen Zwerggalaxien. Sowie Fang & al., Preprint 25.1., New Scientist 1.2.2012 zu jungen Pulsaren als möglicher Quelle von UHECRs und arxiv Blog 13.5.2011 zur möglichen Beobachtung derselben per Satellit)

Rasende Neutrinos schaffen neuen OPERA-Test

Nur 20 eindeutige Neutrinos aus dem CERN hat der OPERA-Detektor im Gran-Sasso-Tunnel während der Sondermessungen mit den scharfen Pulsen vom 22. Oktober bis 6. November einfangen können, aber diesmal war von jedem die Abflugszeit auf 3 Nanosekunden genau bekannt: Und wieder kamen sie 62±4 Nanosekunden ‚zu früh‘ an, konsistent mit dem 58±8 ns Verfrühung der 10 ms langen Neutrinopulse im regulären Experiment mit 15’233 detektierten Neutrinos. An falscher statistischer Analyse von deren Pulsform liegt die vermeintliche leichte Überlichtgeschwindigkeit der OPERA-Neutrinos also nicht. Der restliche Versuchsaufbau und der Gang der Auswertung waren bei dem Sondertest natürlich unverändert: Wenn z.B. – das bleibt der häufigste Verdacht – etwas mit der Synchronisation der Uhren bei CERN und OPERA nicht stimmt oder bei der Berücksichtigung von Signallaufzeiten in langen Kabeln, hätte dies wieder zum selben Phantom-Effekt geführt. Anhand der detaillierten Versuchsbeschreibung im jetzt zur Veröffentlichung eingereichten Paper hat bislang niemand Außenstehender einen offensichtlichen Fehler gefunden, während sich im OPERA-Team inzwischen die meisten mit dem kuriosen Ergebnis abgefunden und das Paper unterzeichnet haben. Ihnen ist aber genauso wie dem Rest der physikalischen Gemeinde klar, dass erst eine unabhängige Messung des Effekts mit einem ganz anderen Experiment aus der (immerhin 6.2 Sigma großen) Anomalie eine Entdeckung – dann freilich epochalen Ausmaßes – machen würde.

Beim vergleichbaren US-Experiment MINOS werden entsprechende Präzisionsmessungen der Neutrino-Flugzeiten bereits emsig vorbereitet, und es könnte schon in ein paar Monaten (nach anderen Quellen: im Sommer 2012) Ergebnisse geben, während möglicherweise auch das japanische Experiment T2K – mit leiderer kürzerer Flugstrecke seiner Neutrinos – ausreichend genau messen können wird. Und was, wenn MINOS et al. OPERA am Ende klar widerlegen? Dann wird es vielleicht für immer unklar bleiben, was dessen Anomalie zu verantworten hat, wie schon bei so manchem von der Geschichte überrollten physikalischen Sensationsexperiment. Es kann etwas furchtbar simples und zutiefst Menschliches sein, was da schief gelaufen ist, vielleicht nicht mehr als ein Zahlendreher beim Aufsummierungen all der technischen Signalverzögerungen … Science 2.12.2011 S. 1200-1; Symmetry Breaking 1.12., DLF 28., Physics World 22., AstroBites, New Scientist Blog, Telegraph 21., Reuters 20., Telegraph 19., STFC Release, Interactions, Physics World, NYT, Nature Blog, BBC, Guardian, Starts with a Bang, Universe Today, Principles, Wired (mehr), AFP, New Scientist, Science Journalism Tracker 18., revidiertes OPERA-Paper, Symmetry Breaking, Science Insider, Quantum Diaries, Cosmic Log 17.11.2011. Und ein Experiment-Vorschlag zum Nachweis steriler Neutrinos

Die nächste Beinahe-Entdeckung des Higgs (bei 125 GeV)

wird womöglich am 13. Dezember in Genf verkündet: Da werden die Teams der beiden LHC-Hauptdetektoren ATLAS und CMS ihre Ergebnisse des kollisionsreichen Jahres 2011 präsentieren – und mehrere einschlägige Physikblogs haben bereits erfahren, dass beide ein mutmaßliches Signal des Higgs-Teilchens bei 126 GeV (ATLAS, mit 3.5 Sigma) bzw. 124 GeV (CMS, mit 2.5 Sigma) sehen. Das wäre im physikalischen Sprachgebrauch eine „Beobachtung“ aber noch lange keine „Entdeckung“, die 5 Sigma Signifikanz erfordert. Zu diesen Gerüchten passt auch ein geleaktes Rundschreiben des CERN-Chefs, wonach man am 13. zwar von „signifikantem Fortschritt auf der Suche nach dem Higgs“ hören werde aber kein eindeutiges Statement über seine Existenz oder Nichtexistenz. Immerhin hätten die ATLAS- und CMS-Detektionen zusammen eine Signifikanz von etwa 4.3 Sigma, doch von einer präzisen Zusammenführung beider Messungen von insgesamt 10 inversen Femtobarn Kollisionen („Die Proton-Proton-…“) ist man noch weit entfernt.

Im November war eine solche gemeinsame Analyse immerhin für die Kollisionen bis zum Sommer präsentiert worden: Der Energiebereich 141 bis 476 GeV ist demnach mit mindestens 95% Sicherheit ausgeschlossen und der Großteil von 146 bis 443 GeV zu 99%, während Energien bis 132 GeV hinab noch zu 90% ausgeschlossen waren. Damit war eigentlich nur noch der Bereich 114 bis 132 GeV als ‚Rückzugsgebiet‘ für das Higgs übrig geblieben: Sollte es dort tatsächlich residieren, würde dies auch den meisten Erwartungen entsprechen – und würde den Freunden der Supersymmetrie (für die der LHC noch gar keine Hinweise fand) einigen Spielraum lassen. (Nature, Strassler Blogs 4., Strassler Blog 3., Vixra, Woit, MOTLS Blogs, Wired, Quantum Diaries [mehr] 2., BBC, Guardian, Telegraph, Physics World 1.12., Woit Blog 30., Space.com, NYT 28., CERN Courier, Quantum Diaries, Reuters 23., Physics World Blog, BdW, MPG-Interview 22., ATLAS = CMS Joint Analysis, Nature, Woit Blog, Quantum Diaries 18., Telegraph, LiveScience 17., Giudice, Preprint 15.11.2011. Und eine PM des PSI zur Nichtbeobachtung sehr seltener Zerfälle, was zum Standardmodell passt)

Die astronomische Beobachtung zerfallender Teilchen der Dunklen Materie bleibt widersprüchlich, zeigen gleich drei Ergebnisse zu diesem Labor-Nachweis-Versuchen komplementären Weg: So hat der Satellit Fermi zwar den Positronen-Überschuss PAMELAs bestätigt („Der Satellit …“) – aber diese vermeintlichen Produkte der gegenseitigen Vernichtung von DM-Teilchen sieht er auch bei viel größeren Energien, was für enorme Massen und damit eher eine andere Erklärung spricht. Mit Fermi wurden auch etliche Zwerggalaxien betrachtet und dort nur geringe Gamma-Strahlung festgestellt: Wenn diese bei der gegenseitigen Vernichtung von DM-Teilchen untereinander entsteht, müssten diese rar und mithin (nach einer Analyse-Methode jedenfalls) mindestens 40 GeV schwer sein, um zusammen den in den Galaxien beobachteten Gravitationseffekt auf zu bringen – im Widerspruch zu den angeblichen 3 Labornachweisen von DM-Teilchen mit deutlich geringeren Massen. Und das Ballon-Experiment ARCADE hat wiederum angebliche Radiostrahlung von DM-Vernichtungsprodukten in den Magnetfeldern von Galaxienhalos gesehen, die immerhin zu den Teilchenmassen der 3 Laborexperimente passen würde. (Kavli Release [mehr] 28., Brown Univ. Release 23.11.2011; Nature Blog, LA Times 2., Physics World 1.12., Space.com 30., New Scientist 29., Science Now 22.11.2011. Und ein ASPERA Release zu Forderungen der Astro-Teilchenphysik)

Variation des OPERA-Experiments misst Neutrino-Geschwindigkeit direkt(er)

Einer der am häufigsten gegen das nach wie vor unerklärliche Resultat des OPERA-Experiments mit den scheinbar ein bisschen überlichtschnellen Neutrinos vorgebrachte Einwände bezieht sich auf die Neutrino-Pulse selbst, die zwischen CERN und Gran Sasso unterwegs sind: Sie sind jeweils 10.5 µs lang, während die Ankunftszeit der Pulse nur um 60 ns von den erwarteten Zeitpunkten abweicht. Diesen Effekt halten die die OPERA-Forscher trotzdem für eindeutig nachweisbar, da sie die Form der Neutrino-Pulse statistisch gut im Griff hätten. Gleichwohl haben sie jetzt das Experiment zeitweise abgeändert: Seit ein paar Tagen und noch bis zum 6. November werden die Neutrinos beim CERN in nur noch 1 bis 2 ns kurzen Pulsen ausgesandt, mit jeweils 500 ns Pause dazwischen. Man wird also einzelnen im Gran-Sasso-Detektor registrierten Neutrinos eine ns-genaue Abflugszeit zuschreiben können, was im ursprünglichen Versuch – bei dem möglichst viele Neutrinos unterwegs sein sollten, zwecks Beobachtung von deren Oszillationen – nicht der Fall war. Zwar ist die Zahl der überhaupt detektierten Neutrinos nun um einen Faktor 100 kleiner, dafür lässt sich ihre Geschwindigkeit aber auch wesentlich direkter bestimmen: Ein dutzend Exemplare dürften bereits ausreichen, um sagen zu können, ob sie wieder signifikant ‚zu früh‘ angekommen sind oder ob in der Auswertung des regulären Experiments ein subtiler Fehler steckt – und die Analyse der neuen Daten dürfte nur wenige Wochen dauern. Die Modifikation des Experiments war auch eine wesentliche Forderung der OPERA-eigenen ‚Dissidenten‘ gewesen, die eine Einreichung des ursprünglichen Papers bei einer referierten Zeitschrift blockieren. Quantum Diaries, BBC, Telegraph 28., Strassler, Science Blogs 26., New York Times, Science Blogs 24., PressePortal 23., Science 2.0, Spiegel 21., Science Insider, Nature News, Curious Astronomer 20.10.2011

Lohnt eine systematische Suche nach „sterilen Neutrinos“? Diese hypothetischen Verwandten der normalen Neutrinos – deren maximal drei Typen durch diverse Experimente als gesichert gelten – würden sich sogar der schwachen Kernkraft verweigern: Nur über die Schwerkraft und durch Oszillation in normale Neutrinos und vice versa träten sie mit dem Rest des Universums in Kontakt. Nach einer neuen Analyse würden drei normale plus zwei sterile Neutrinos – mit 5 unterschiedlichen Massen – die bislang gesammelten Oszillationsdaten am besten fitten. Und auf einer Konferenz wurde im September energisch diskutiert, ob gezielte Experimente zum Nachweis steriler Neutrinos – durch das sonst unerklärliche Verschwinden oder Auftauchen normaler – jetzt schon sinnvoll seien. (Nature 20.10.2011 S. 328-9 und Science 21.10.2011 S. 304-6)

Die Proton-Proton-Kollisionen des LHC sind 2011 zu Ende

Noch bis gestern sind im Large Hadron Collider Protonen miteinander kollidiert, und die Hauptinstrumente ATLAS und CMS haben jeweils 5 inverse Femtobarn Kollisionsdaten („Der Large …“) im Kasten: Das liegt nahe dem Maximum dessen, was überhaupt für möglich gehalten worden war – und es könnte u.U. reichen, die Existenz des Higgs-Teilchen im gesamten noch erlaubten Energiebereich bis 114 GeV hinab mit 95%iger Sicherheit auszuschließen. Noch geringere Energien hatte bereits der LHC-Vorgänger LEP eliminiert und der LHC bis diesen Sommer Energien größer als etwa 135-145 GeV. Derzeit wird emsig daran gerechnet, die gesamten LHC- wie auch Tevatron-Daten zu einem Gesamtergebnis zu kombinieren: Vielleicht taucht das Higgs ja doch noch als signifikanter „Bump“ auf (manche hoffen da weiter auf eine Anomalie bei 120 GeV aus dem Sommer; just der Energiebereich 115 bis 125 GeV ist am schwierigsten zu beackern) – oder aber es exitiert nicht. PR-technisch wäre das für das CERN sicher ein Problem, viele Physiker betonen aber, dass dies das spannendere Ergebnis wäre. Denn dann hätte der LHC zumindest das Standardmodell der Teilchenphysik gesprengt, das er bislang immer nur noch besser bestätigt und insbesondere keinerlei Hinweise auf die populärste Variante der Supersymmetrie gefunden hatte, die nun wohl ausgeschlossen werden kann. Vielleicht schon in wenigen Monaten, sicher aber bis Sommer 2012, dürfte es ein ziemlich klares LHC-Urteil in Sachen Higgs geben. (CERN Press Release 31., Nature News 28., New Scientist Blog 26., Not Even Wrong 24.10.2011. Auch LHC-Parties an vielen Orten am/um den 23. November, ein Vortrag des CERN-Chefs in Bonn am 16. November 10:15 MEZ – und eine CERN-eigene Video-Show)

Im LHC kollidieren jetzt Protonen und Uran-Kerne, wenn auch nur insgesamt 40 Stunden lang (einmal 16 heute, dann 24 zwei Wochen später): Es geht bei diesen neuartigen Versuchen um die Untersuchung der Struktur der Urankerne, die bei weiteren LHC-Versuchen den November hindurch – wie schon Ende 2010 – untereinander zur Kollision gebracht werden. Die Interpretation der Ergebnisse dieser komplexen Wechselwirkungen sehr vieler Teilchen ist aber schwierig, und die – mit einigen technischen Herausforderungen verbundene; der LHC ist für Kollisionen identischer Teilchen optimiert – Uran-‚Abstastung‘ per Protonenstrahl soll dabei helfen. Wenn das gut klappt, wird es im November 2012 intensivere Versuche dieser Art geben. (Symmetry Breaking 20.10.2011)

Die große Reform des Einheiten-Systems SI kann beginnen

Die General Conference on Weights and Measures („Naturkonstanten …“; CGPM) hat Ende Oktober ohne eine einzige Gegenstimme beschlossen, die größte Reform des internationalen Einheitensystems (SI) der letzten 100 Jahre in Angriff zu nehmen und Mol, Kilogramm, Kelvin und Ampere neu und ausschließlich anhand fundamentaler Naturkonstanten zu definieren. Bindend ist das nocht nicht: Erst die nächste CGPM in vier Jahren soll endgültig grünes Licht geben. Maßgeblich initiiert hat den langwierigen Prozess – bei dem viele konservative Zweifler überzeugt werden mussten und müssen – vor 5 Jahren ein heute 81-jähriger britischer Physiker. Der nicht daran glaubt, seinen Abschluss noch zu erleben … (New Scientist 25.10., Science 2.0 20.9.2011)

Neutrino-Raserei weiter rätselhaft: Fehler subtil?

Auch zwei Wochen nach der Veröffentlichung der vermeintlich überlichtschnellen Neutrinos gibt es keine heiße Spur, was da wohl – wie das Gros der Physiker weiterhin vermutet – schief gegangen ist. Einerseits hat sich die – in der Kollaboration ziemlich umstrittene! – Vorgehensweise von OPERA bewährt, mit dem Rätsel an die wissenschaftliche Öffentlichkeit zu gehen: Drei Dutzend Papers hat sie schon provoziert, darunter viele wilde theoretische Spekulationen, wie man Neutrinos, die etwas schneller als Photonen sind, in die Physik einbauen könnte, ein paar Arbeiten mit fundamentalen Einwänden (etwa dass superluminale Neutrinos eine Art Cherenkov-Strahlung aussenden und reichlich Energie verlieren sollten) und auch die ersten, die konkrete Zweifel am Experiment und seiner Interpretation anmelden. Zum Beispiel was Details der Neutrinopulse betrifft, die viel länger sind als die behaupteten 60 ns Zeitdifferenz, oder die Synchronisation der Uhren auf beiden Seiten. Gerade letzteres viel beachtetes Paper zeigt aber auch die Grenzen der externen Diskussion über subtile Details eines physikalischen Experiments: Der Autor nahm an, er habe die Synchronisierungsmethode verstanden, und zog sie dann geradezu genüsslich in Zweifel – aber er hatte sich geirrt.

Das Originalpaper von OPERA soll nun klarer beschreiben, wie’s gemacht wurde, und der Chef der Kollaboration sieht weiterhin keine offensichtliche Erklärung für das Mysterium. Noch ist diese Arbeit nicht bei einer richtigen Zeitschrift eingereicht worden, und wann es so weit ist, darüber wird bei OPERA noch heftiger gestritten als über den ersten informellen Gang in die Öffentlichkeit: Schon dem hatte sich eine Minderheit verweigert, gegen die formelle Publikation wendet sich schon rund die Hälfte der etwa 160 Physiker. Und man streitet sich auch, ob man die Neutrino-Zeitmessung jetzt mit Macht voran treiben oder sich lieber wieder auf die eigentliche Zielsetzung des Projekts – die Beobachtung von Neutrino-Oszillationen – konzentrieren soll. Die Konkurrenz schläft jedenfalls nicht: MINOS sollte mit neuer Analyse und neuen Daten in 4 bis 6 Monaten prinzipiell in der Lage sein, das OPERA-Resultat signifikant auszuschließen – sollte es allerdings wahr sein, wären die MINOS-Daten zu schlecht, um es klar zu bestätigen. Physics World, Cosmic Log 7., Of Particular Significance, ABC News 6., Nature News, New Scientist 5., Forbes 4., Galileo’s Pendulum, WissensLogs 3., Degrees of Freedom 2.10., Live Unbounded, LiveScience 30., FAZ 29., Discover, New Scientist, Guardian, Sixty Symbols, DLF 28.9.2011

Gravitations-Rotverschiebung in Galaxienhaufen passt zur Allgemeinen Relativitätstheorie – sowie zu einer Alternative namens f(R)-Gravitation, die ohne Dunkle Energie funktioniert – aber nicht zu den bei Dunkel-Materie-Zweiflern populären Alternativen MOND bzw. TeVeS: Das ist die vorläufige Schlussfolgerung aus der Beobachtung von Galaxien in 8000 Haufen. Das Licht derjenigen näher an den Haufenzentren hat mehr „Mühe“ gegen das Schwerkraft-Potential anzukämpfen und hinaus zu kommen als das von randständigen Galaxien – dieser Effekt erlaubt zusammen mit den anderweitig bestimmten Massen der Haufen einen Test der Gravitationstheorien. Wie klar ‚Einstein‘ vorne liegt, darüber gehen angesichts der doch eher schwachen Gravitations-Rotverschiebung die Meinungen allerdings auseinander. (Physics World, Science 2.0 28., Wojtak & al., Preprint 29.9.2011)

Tevatron aus, Planung für den LHC – und die ferne Zukunft

der Teilchenbeschleuniger: Nach 28 Jahren ist der große amerikanische am Fermilab am 30. September planmäßig still gelegt worden (dürfte aber dank der bis zu letzt gewonnenen Kollisionsdaten noch rund 100 Papers produzieren), während beim LHC bereits die nächsten Phasen vorbereitet werden. Dreimal wird der Large Hadron Collider in den kommenden 10 Jahren länger abgeschaltet: 2013/14, um ihn für 7 TeV pro Beam fit zu machen, 2017 oder 18 für weitere Verbesserungen und 2021. Dann wird der Beschleuniger in den sog. High Luminosity LHC (HL-LHC) umgebaut, mit viel mehr Teilchen in einem besser kollimierten Strahl ab 2022. Und es gibt sogar die Vision für einen High Energy LHC (HE-LHC) in den 2030-er Jahren mit 16.5 TeV/Strahl: Wann der allerdings kommen wird, hängt stark von den künftigen Entdeckungen von LHC und HL-LHC (und natürlich der Finanzierung) ab.

Zugleich wird – weltweit – auch über den nächsten großen Linearbeschleuniger für Elektronen und Positronen nachgedacht, dessen Machbarkeit angesichts knapper Kassen aber wieder in weitere Ferne gerückt. Doch Kollisionen von fundamentalen Partikeln (nicht den komplizierten Protonen des LHC) wünschen sich die Physiker langfristig schon: Das ist viel effizienter zum Produzieren neuer Teilchen. Manche – am Fermilab z.B. – träumen daher von einem Beschleuniger für Myonen, die halt so schnell werden müssen, dass ihre in Ruhe kurze Lebensdauer kein Hinderungsgrund mehr ist. Mit der 200-fachen Elektronenmasse (und 1/10 der Protonenmasse) sollten sie sich im Ring eher wie Protonen verhalten. (Reuters 6., Daily Mash 4., News24, Quantum Diaries 3., Discovery 1.10., Physics World, Chicago Tribune, Nature Blog, Reuters 30., Symmetry Breaking, Physics World, Observations 29., Ars Technica 28., BR 26.9.2011. Und CERN Bulletin 26.9.2011 zum TOTEM-Experiment mit dem LHC, bei dem das Wachstum des Protons bei hoher Energie bestätigt wurde)

Rasende Neutrinos: Und wo steckt der Fehler …?

Noch hat niemand einen offensichtlichen Fehler in der Arbeit mit den überlichtschnellen Neutrinos (weitere Pressemitteilungen von Uni Bern und CNRS) aufzeigen können, weder auf dem CERN-Seminar – eine Aufzeichnung des Webcasts und ein Live-Blog zum Nachlesen – noch später auf wissenschaftlichen Kanälen; dort hat ein Physiker sogar eine zunächst geäußerte Kritik an der statistischen Auswertung theatralisch zurück gezogen, nachdem man ihn eines bessern belehrte. Die OPERA-Wissenschaftler konnten der Fachwelt für’s erste plausibel machen, dass sie den Abstand zwischen der Neutrinoquelle am CERN und dem Detektor im Gran-Sasso-Tunnel wirklich mit GPS-Geodäsie auf 20 cm genau bestimmen und alle Verformungen des Erdkörpers durch geophysikalische Effekte herausrechnen konnten. Und dass sie die Zeitmessungen von Abflug und Ankunft der Neutrinos Nanosekunden-genau im Griff haben, so dass an der 60 ns „zu frühen“ Ankunft nicht zu deuteln ist.

Ganz anders als 2007 beim Experiment MINOS, das auch einen marginalen Effekt sah, der aber als nicht signifikant verbucht worden war. Die konkreteste Kritik an OPERA bezieht sich auf den Zeitpunkt des Abflugs der Neutrinos am CERN, der ein vergleichsweise langwieriger und komplizierter Prozess ist: Kann die Flugzeit wirklich mit statistischen Methoden auf ein Dutzend Nanosekunden genau angegeben werden? Andere häufige Kritik hat gar nichts mit dem OPERA-Experiment selbst zu tun sondern beruft sich auf die Supernova 1987A: Wären deren Neutrinos um denselben Faktor schneller als das Licht gewesen wie es diejenigen bei OPERA zu sein scheinen, dann wären sie mehrere Jahre vor dem Licht der Sternexplosion eingetroffen und nicht wenige Stunden vor dem Licht. Man könnte natürlich Hypothesen mit einer Energieabhängigkeit der Neutrinogeschwindigkeit konstruieren (die aus den OPERA-Daten aber nicht signifikant abzuleiten wäre), wenn man sich denn auf’s Theoretisieren einlässt, denn die SN-Neutrinos hatten nur 5-40 MeV, die OPERA-Neutrinos dagegen um 20 GeV.

Schon gibt es die tollsten Ideen zur Erweiterung der Speziellen Relativität und des Standardmodells der Teilchenphysik gleichermaßen, von Verletzungen der Lorentz-Invarianz und der Kausalität und zur Einbettung des Ganzen in höherdimensionale Universen, wo sich Teilchen auch mal Abkürzungen suchen könnten. Auch oft gehört: Wenn man überhaupt einer Art von Elementarteilchen ein derart merkwürdiges Verhalten zutrauen würde, dann sicher den verrückten Neutrinos. Aber erst einmal muss der angebliche OPERA-Effekt auch anderswo auftreten: Bei MINOS werden bereits deutlich genauere Zeitmessungen als früher vorbereitet – aber das dauert mindestens bis 2014. Doch schon in 4-6 Monaten soll es eine neue Analyse von weiteren MINOS-Daten geben, die bis jetzt aufgenommen worden, immerhin 10-mal mehr als in das 2007-er Paper eingingen. Die „überlichtschnellen Neutrinos“ dürften also bald wieder von sich hören lassen.

Nature News, Neutrino Science 27., Scientific American, IdeaLab, Starts with a Bang, Popular Science, Embargo Watch 26., Science 2.0 25., Principles, Cat Dynamics, Guardian (mehr), Discovery, Strudel, Centauri Dreams, Huffington Post, LA Times Blog, Cosmic Variance, FAZ, Spiegel 24., Resonaances, Cosmic Variance, Wired, New Scientist (früher), Economist, Guardian, NYT, Ask a Mathematician, Centauri Dreams, Ars Technica, Telegraph, Quantum Diaries, Life Unbounded, IO9, Live Science, Principles, Science Journalism Tracker, Center for Inquiry, News Biscuit, BdW, Spiegel, Der Westen, TAZ, Welt, ZEIT, Blick, WDR 5 23., Live Science 22., Science 2.0 19.9.2011. Außerdem Quantum Diaries 16., ATLAS Blog 21.9.2011 zur vergleichsweisen „Routine“ des LHC, EPFL Release 21.9.2011 zu Beziehungen des Higgs zum Kosmos und Nature News 21., ScienceJournalism Tracker 22.9.2011 zur Abschaltung des Tevatron in 3 Tagen – das laut Science 23.9.2011 S. 1687-8 zwar solide Wissenschaft (mit der Bestätigung fehlender Bausteine des Standardmodells) keine keine Nobelpreis-verdächtigen Entdeckungen produziert hat

Überlichtschnelle Neutrinos beim Experiment OPERA!? Was man bisher schon weiß

Heute um 16:00 Uhr wird auf einem Seminar im CERN, das auch im Web übertragen wird, über ein höchst kurioses Resultat des Neutrinoexperiments OPERA berichtet, das sich in allen Details aber auch in diesem 24-Seiten-Paper findet: Die Neutrinos, die da 730 km zwischen Quelle und Detektor zurücklegen, kommen 60±10 Nanosekunden schneller an als wenn sie sich – vorschriftsmäßig – mit Lichtgeschwindigkeit bewegen würden. Experten für Messtechnik haben alles und jedes versucht, um systematische Fehler auszuschließen, aber keinen gefunden, weshalb die Sache nun in die Öffentlichkeit darf: Angesichts der Abwesenheit jedweden Problems mit der Speziellen Relativität in den letzten 100 Jahren geht es darum, dass andere nach dem wahrscheinlichen Fehler suchen. Auch über etwaige Konsequenzen eines korrekten Ergebnisses für die theoretische Physik wird explizit nicht spekuliert, und der CERN Press Release dazu qualmt nur so vor Skepsis. Aber selten war Physik so unterhaltsam: weitere Berichte von Reference Frame, Quantum Diaries (früher, mehr), Cosmology Science, Pro Physik, Nature News, Science Now, BBC, LA Times, Guardian, Wall Street Journal, Telegraph, AP, Reuters, Ars Technica, Houston Chronicle Blog, LiveScience, Universe Today, Discovery, SciFi Wright – und schon der erste Cartoon, der übrigens die Wirklichkeit widerspiegelt, denn mindestens eine 100-Euro-Wette über das OPERA-Mysterium läuft schon …

Dunkel-Materie-Detektion im Untergrund-Labor: Nun steht es 3:2 …

Drei Detektoren für den Nachweis von Teilchen der Dunklen Materie in unterirdischen Labors melden jetzt moderat positive Resultate („CoGeNT-Daten …“), zwei andere – wie gehabt – nichts: Mit viel gutem Willen könnte man die drei Signale von DAMA, CoGeNT und nun auch CRESST II noch unter einen Hut bringen, aber sie stehen im krassen Widerspruch zu den Negativmeldungen von XENON 100 und CDMS II. Manche Physiker sind angesichts der CRESST-Daten – 67 Events in Kalziumwolframat-Kristallen, von denen nur 40 durch bekannten Untergrund erklärt werden können – jetzt optimistischer geworden, dass die direkte Beobachtung der ansonsten nur astronomisch motivierten Dunklen Materie geschafft sein könnte, andere halten es für mindestens so wahrscheinlich, dass alle drei Positivresultate falsch sind und durch unterschiedliche unerkannte Hinterhrundeffekte oder systematische Fehler vorgetäuscht werden. Umgekehrt werfen einige der vermeintlich erfolgreichen Gruppen der detektionslosen Konkurrenz weiterhin Unfähigkeit vor – als einziges echtes Fazit bleibt also wieder nur: weiter warten auf bessere Detektoren, tieferes Verständnis der Störquellen und signifikantere Signale … Paper von Angloher & al. 4., Cosmic Variance 5., DLF 6., New Scientist, BBC 7., Physics World 8., KosmoLogs 9., Science News 12., Nature News 13., ASPERA 15.9.2011. Auch Papers zu WIMPs geringer Masse und neuen Limits durch die Detektoren XENON 100 und EDELWEISS-II. Und New Scientist 6.9.2011 zu Beobachtungen des Fermi-Satelliten, die nicht mehr zu zerstrahlender Dunkelmaterie passen

LHC besser als geplant: einfachste Supersymmetrie schon tot, Urteil über das Higgs-Teilchen bis Weihnachten denkbar

Der Large Hadron Collider läuft so hervorragend, dass wichtige Meilensteine bis zu einem Jahr früher als erhofft erreicht werden könnten – bloss wirklich Neues hat er immer noch nicht gefunden. Was bei Experimental- wie theoretischen Physikern inzwischen zwiespältige Gefühle hervorruft: Das Standardmodell der Teilchenphysik hat sich dank der LHC-Daten als robuster denn je erwiesen (und eine vermeintliche Abweichung, die Daten des Konkurrenten Tevatron zu liefern schienen, bestätigt der LHC-Detektor LHCb nicht), während gleichzeitig das dazu gehörige Higgs-Teilchen fehlt und sich immer weniger verstecken kann. Auch die einfachste Version der unter Theoretikern so populären Supersymmetrie als Erweiterung des Standardmodells hat der LHC praktisch schon erledigt: Weder sieht er die von ihr vorausgesagten Teilchen noch hat LHCb entsprechende Effekte registriert. In Sachen Higgs gibt es nun Optimismus, dass schon bis Weihnachten 2011 (und nicht 2012) ein klares Urteil möglich sein könnte, ob es denn nun existiert oder nicht: Noch stehen dem LHC gut zwei Monate Proton-Proton-Kollisionen mit hoher Rate bevor (gefolgt von einem Monat Blei-Blei-Kollisionen und einer Wartungsperiode bis kommendes Frühjahr). Mehr und mehr Artikel sind nun zu finden, in denen Physiker beteuern, eigentlich wäre es ja viel spannender, wenn der LHC das Higgs ausschließen könne – denn das würde den ersehnten Schritt über das Standardmodell hinaus zwangsläufig zur Folge haben, und der LHC würde Nobelpreis-trächtiges Neuland betreten. Genau diese Erweiterung der Teilchenphysik über das nun doch schon Jahrzehnte alte Standardbild hinaus ist dem Tevatron bei allen Erfolgen versagt geblieben: Ende dieses Monats ist es nun vorbei mit ihm. (Science News „24.“, Telegraph 14., LBL ATLAS Blog 10., Not even Wrong, Reuters 5., Quantum Diaries 2., BBC, UPI 1.9., CERN Bulletin, Ars Technica 29., BBC 27., CERN Release 26.8.2011. Und ATLAS Blog 6.9.2011 zu CERN bei der Ars Electronica und DLF 12.9.2011 zu kommenden kleinen Ringbeschleunigern)

Erste Neutrinos aus seltener Fusionsreaktion der Sonne von Borexino nachgewiesen

Die Borexino-Kollaboration hat im italienischen Gran-Sasso-Untergrundlabor hat dank verbesserter Unterdrückung von störenden Hintergrundereignissen erstmals Neutrinos aus der seltenen Fusionsreaktion von zwei Protonen und einem Elektron nachgewiesen und zugleich die bislang strengste Obergrenze für den so genannten Bethe-Weizsäcker-Zyklus bestimmt: Beide Resultate bestätigen die gängigen Modellvorstellungen zur Energieerzeugung der Sonne. Nach dem gängigen Sonnenmodell dominiert der so genannte Proton-Proton-Zyklus, der mit der Verschmelzung zweier Protonen (pp-Reaktion) startet: Die hieraus entstehenden Neutrinos haben recht niedrige Energie und waren daher lange Zeit schwer aufzuspüren. Borexino hat aber in den letzten Jahren unter Einbeziehung der Vorgängerexperimente Gallex/GNO den pp-Neutrinofluss indirekt bestätigt und zwei weitere Komponenten (7Be- und 8B-Neutrinos) aus diesem Fusionszyklus direkt nachgewiesen („Den 7Be-Sonnenneutrino-Fluss …“). Offen blieb noch der Nachweis einer alternativen Startreaktion, bei der zwei Protonen und ein Elektron zu einem Deuteriumkern unter Aussendung eines Neutrinos verschmelzen (pep-Reaktion). Dieses Neutrino hat höhere Energie und lässt sich besser nachweisen, jedoch ist diese Reaktion 400mal seltener, da sich hierfür drei Teilchen treffen müssen. Mit Borexino können täglich etwa 50 solare Neutrinos beobachtet werden, aber für den Nachweis der pep-Neutrinos mussten die Forscher weitere Tricks anwenden, um den Untergrund heraus zu filtern. (PM des MPI für Kernphysik 15.9.2011. Auch TU München Press Release, Exzellen Cluster Universe PM 6.9.2011 zur laufenden Theta13-Messung von Neutrinooszillationen mit dem Double-Chooz-Experiment und Physics World und Physics World Blog 13.9.2011 zu möglichen fundamentalen Physik-Tests mit Hilfe der Sonne)