Posts Tagged ‘SI-Einheiten’

Neue Definition der Astronomischen Einheit naht

19. August 2012

Wenn morgen die nächste Hauptversammlung der Internationalen Union in Beijing beginnt, stehen im Rahmen der 2-wöchigen alle 3 Jahre stattfindenden Mega-Tagung auch wieder Abstimmungen über mehrere Resolutionen an (PDF-Seiten 26-32). Da sollen optische und IR-Spektralbänder eindeutigere Buchstaben bekommen (B1), die IAU-Divisionen neu geordnet werden (B4) und ein „International NEO Early Warning System“ kommen (B3). Und die Definition der Astronomischen Einheit soll geändert werden (B2): Sie möge fürderhin exakt 149’597’870.7 km entsprechen – fertig! Bisher ist diese fundamentale Längeneinheit im Sonnensystem und bei der Beschreibung von Exoplaneten-Systemen und zirkumstellaren Scheiben erstaunlich umständlich definiert: seit 1976 als der Radius einer kreisförmigen Umlaufbahn, auf der ein Objekt mit vernachlässigbarer Masse und frei von Störungen die Sonne in 2π/k Tagen umläuft oder amtlich formuliert als „the distance from the centre of the Sun at which a particle of negligible mass, in an unperturbed circular orbit, would have a mean motion of 0.01720209895 radians/day.“

Dabei ist ein Tag wiederum als 86’400 Sekunden des SI-Einheitensystems definiert, und die krumme aber exakt festgelegte Zahl ist die Gaußsche Gravitationskonstante k. Die Astronomische Einheit nach der noch gültigen Definition ist 149’597’870.691 km groß, etwas weniger als der tatsächliche mittlere Abstand Erde – Sonne (die ursprüngliche Bedeutung der Astronomischen Einheit), weil k eine zu messende Größe ist, deren Wert aber exakt mit dem obigen Wert eingefroren wurde. Ein Vorteil des alten Systems war, dass relative Distanzen zwischen Körpern im Sonnensystem hochpräzise angegeben werden konnten, auch wenn der Wert der Astronomischen Einheit selbst nicht genau bekannt war. Da diese inzwischen durch Funk- und Radarmessungen kreuz und quer durch’s Sonnensystem genau direkt abgeleitet werden kann, ist dies schlicht unnötig geworden: Der Wert der Astronomischen Einheit wird eindeutig festgelegt, k abgeschafft – und als Zeichen fürderhin „au“ verwendet. Wenn die Resolution in Beijing durch kommt – aber Widerstand von Carl Friedrich Gauß, dessen Konstante nun nach zwei Jahrhunderten verschwindet, ist nicht mehr zu erwarten. NACHTRAG: Nachdem die Resolution durch kam, noch ein Artikel dazu. NACHTRAG 2: und noch ein ganz später. NACHTRAG 3: und ein noch späterer.

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

31. Oktober 2011

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)