Neuer Ansatz zur Überprüfung der Relativitätstheorie mit Teilchenbeschleunigern

GENF / MÜNCHEN (IT BOLTWISE) – Die Allgemeine Relativitätstheorie von Albert Einstein hat die Wissenschaft nachhaltig geprägt, doch sie steht auch vor Herausforderungen, die neue Ansätze erfordern.

Die Allgemeine Relativitätstheorie (ART) von Albert Einstein hat die moderne Physik revolutioniert und zahlreiche Phänomene wie Schwarze Löcher und Gravitationswellen erklärt. Dennoch gibt es Beobachtungen, die sich nur schwer mit der ART in Einklang bringen lassen, wie die beschleunigte Ausdehnung des Universums und die Bewegungen von Sternen in Galaxien. Diese Phänomene legen die Existenz von dunkler Materie und dunkler Energie nahe, die bisher nicht direkt nachgewiesen werden konnten.

Ein neuer Vorschlag von Wissenschaftlern der Universität Bremen und der Universität Tübingen könnte nun helfen, die Grenzen der ART zu testen. Die Forscher schlagen vor, die Gravitationseffekte von Teilchen zu untersuchen, die sich nahezu mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. Diese sogenannten ultrarelativistischen Teilchen erzeugen ein Gravitationsfeld, das auf ruhende Testteilchen wirkt, die als Sensoren für die Gravitation dienen könnten.

Das Besondere an diesem Experiment ist, dass die Gravitationsanziehung hauptsächlich durch die hohe kinetische Energie der Teilchen und nicht durch ihre Ruhemassenenergie entsteht. Dies ermöglicht es, die Gravitation der kinetischen Energie zu messen und mit den Vorhersagen der ART zu vergleichen. Abweichungen könnten auf eine notwendige Modifikation der Theorie hinweisen.

Die Forscher haben ein mathematisches Modell entwickelt, das auf einer Modifikation der ART basiert. Dieses Modell sagt voraus, dass der Impulstransfer zwischen den ultrarelativistischen Teilchen und den Testteilchen in bestimmten Parametern signifikant von den ART-Vorhersagen abweicht. Diese Abweichungen nehmen mit steigender Geschwindigkeit der Teilchen zu, was das Experiment besonders spannend macht.

Praktisch könnte dieses Experiment am Large Hadron Collider (LHC) bei Genf durchgeführt werden, wo Protonen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden. Was noch fehlt, sind geeignete Sensoren, die um die Beschleunigungsröhre des LHC angebracht werden und auf das Gravitationsfeld der Protonen reagieren. Die technischen Details für die Installation solcher Sensoren werden derzeit untersucht.

Die Ergebnisse dieser Studie könnten weitreichende Implikationen für unser Verständnis der Gravitation und der fundamentalen Kräfte des Universums haben. Sollte sich herausstellen, dass die ART in bestimmten Bereichen modifiziert werden muss, könnte dies neue Wege für die Integration der Gravitation mit den anderen Naturkräften eröffnen.

Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Physical Review D veröffentlicht und könnte einen wichtigen Beitrag zur Weiterentwicklung der theoretischen Physik leisten. Die Möglichkeit, die ART mit modernen Experimenten zu testen, zeigt, wie dynamisch und anpassungsfähig die Wissenschaft ist, um die Geheimnisse des Universums zu entschlüsseln.

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