WEBVTT 00:04.750 --> 00:06.450 Wie ist Materie entstanden? 00:07.750 --> 00:11.190 Die Vorstellung, die wir haben, ist, dass nach dem Urknall das 00:11.190 --> 00:12.730 Universum hat sich ausgedehnt. 00:13.330 --> 00:16.650 Und eine Folge dieses Prozesses ist, dass wir gleich viel Materie wie 00:16.650 --> 00:17.990 Antimaterie erzeugen. 00:18.270 --> 00:21.330 Jetzt kann man sich fragen, vielleicht ist es ja bis heute so. 00:21.610 --> 00:24.890 Also wir bestehen hier aus Materie, vielleicht gibt es weit entfernt 00:24.890 --> 00:26.970 von uns Galaxien aus Antimaterie. 00:27.570 --> 00:30.370 Aber das können wir heute mit großer Sicherheit ausschließen. 00:30.370 --> 00:34.230 Das heißt, irgendwas muss passiert sein, dass wir heute netto mehr 00:34.230 --> 00:35.950 Materie als Antimaterie haben. 00:36.290 --> 00:40.950 Wir wissen heute, dass wir sehr, sehr viel mehr Lichtteilchen, 00:41.050 --> 00:43.850 Photonen im Universum haben als Materieteilchen. 00:43.950 --> 00:46.930 Das spricht eben auch dafür, dass es da einen Auslöschungsprozess 00:46.930 --> 00:47.610 gegeben hat. 00:48.090 --> 00:51.390 Das verwundert uns auch nicht, denn wir können genau das, diese 00:51.390 --> 00:56.710 Vernichtung von Materie mit Antimaterie, täglich im Labor beobachten. 00:56.710 --> 01:01.890 Also da gab es zum Beispiel Teilchenbeschleuniger, die Elektronen auf 01:01.890 --> 01:05.650 ihre Antiteilchen, auf die Antielektronen, die wir auch Positronen 01:05.650 --> 01:07.650 nennen, geschossen haben. 01:07.910 --> 01:09.690 Und das hat man ausgenutzt. 01:09.970 --> 01:13.870 Da hat sich sozusagen die Materie komplett vernichtet, die Antimaterie 01:13.870 --> 01:14.330 eben auch. 01:14.450 --> 01:17.450 Also das Elektron und das Positron waren weg nach der Kollision. 01:17.890 --> 01:20.830 Und was wir dann im Endzustand sehen, sind zum Beispiel zwei 01:20.830 --> 01:22.150 Lichtteilchen, zwei Photonen. 01:22.790 --> 01:25.850 Meistens ist es komplizierter und die komplizierteren Prozesse sind 01:25.850 --> 01:26.330 interessant. 01:26.510 --> 01:29.010 Das heißt, wir machen neue Teilchen und die zerfallen dann zum 01:29.010 --> 01:29.270 Schluss. 01:29.390 --> 01:32.830 Aber netto ist dann am Ende Materie und Antimaterie weg. 01:33.570 --> 01:39.550 Um das Problem zu lösen, muss man gewisse Schritte machen als 01:39.550 --> 01:40.170 Theoretiker. 01:40.330 --> 01:42.930 Das heißt, man muss das Standardmodell der Elementarteilchen so 01:42.930 --> 01:48.070 erweitern, dass es bestimmte Kriterien erfüllen muss, die der berühmte 01:48.070 --> 01:52.690 russische Physiker Andrei Sakharov, den jeder kennt aus seiner Rolle 01:52.690 --> 01:56.210 als Dissident in der Sowjetunion, die der in den 60er Jahren 01:56.210 --> 01:57.370 aufgestellt hat. 01:57.530 --> 02:00.830 Es gibt drei wichtige Spiegelbilder oder Spiegelungen. 02:01.390 --> 02:04.990 Das erste ist die Raumspiegelung, die jeder kennt, der zu Hause einen 02:04.990 --> 02:05.510 Spiegel hat. 02:05.610 --> 02:08.150 Wenn ich da reingucke, ist alles seitenverkehrt. 02:08.370 --> 02:12.870 Das zweite war die Spiegelung, wenn ich Materie mit Antimaterie 02:12.870 --> 02:15.130 vertausche und Zeit umkehre. 02:15.130 --> 02:18.190 Das heißt, wenn ich einen Prozess filme und mir rückwärts angucke, 02:18.750 --> 02:22.350 dann sieht der elementare Prozess nicht gleich aus. 02:22.550 --> 02:24.450 Die haben natürlich Abkürzungen bei uns. 02:24.610 --> 02:30.410 Die Raumspiegelung heißt P. Die Spiegelung des Vertauschens von 02:30.410 --> 02:33.870 Materie und Antimaterie, die wir Ladungskonjugation nennen, wird mit C 02:33.870 --> 02:34.610 abgekürzt. 02:35.370 --> 02:41.430 Zu den Sakharov-Kriterien gehörte einmal, dass die C-Symmetrie 02:41.430 --> 02:42.190 verletzt ist. 02:42.190 --> 02:46.990 Und die zweite Bedingung ist, dass die C-P-Symmetrie verletzt ist. 02:47.110 --> 02:47.930 Was bedeutet das? 02:48.010 --> 02:51.350 C-P bedeutet, dass sich sowohl der Raumspiegel als auch Materie und 02:51.350 --> 02:52.690 Antimaterie vertauscht. 02:53.410 --> 02:58.970 Und der Bezug zur Zeitumkehr, also zum dritten Spiegel, kommt eher 02:58.970 --> 03:01.690 indirekt durch ein Theorem. 03:01.990 --> 03:06.150 Das sagt, dass unter sehr allgemein gefassten Bedingungen jede Theorie 03:06.150 --> 03:10.410 symmetrisch ist, wenn ich alle drei Spiegel betrachte. 03:10.410 --> 03:15.670 Also wenn ich C-P-T kombiniere, also Ladungskonjugation, 03:15.890 --> 03:19.310 Raumspiegelung und Zeitumkehr, dann sind die Naturgesetze wieder 03:19.310 --> 03:20.050 invariant. 03:20.450 --> 03:25.230 Das bedeutet aber auch, wenn ich die Kombination C-P verletze, also 03:25.230 --> 03:28.790 wenn die Natur nicht symmetrisch ist unter dieser Kombination, dann 03:28.790 --> 03:33.470 muss ich auch eine Verletzung haben unter der Umkehr der Zeitrichtung. 03:33.470 --> 03:37.730 Die elementaren Naturgesetze sind nicht so. 03:37.950 --> 03:41.550 Die können zwischen Zukunft und Vergangenheit sozusagen unterscheiden. 03:41.930 --> 03:45.970 Und das ist ein wichtiges Kriterium dafür, dass es Materie im 03:45.970 --> 03:46.850 Universum gibt. 03:51.000 --> 03:54.400 Der zweite Punkt hängt damit mit dem eigentlichen Prozess zusammen, in 03:54.400 --> 03:55.620 dem Materie entsteht. 03:56.060 --> 04:00.060 Das muss man sich so vorstellen, dass der Entstehungsprozess, das ist 04:00.060 --> 04:03.360 so ähnlich wie wenn man Wasserdampf abkühlt zu Wasser. 04:03.360 --> 04:08.920 Das heißt, man startet mit einer Situation, in der man komplett in der 04:08.920 --> 04:11.760 Dampfphase ist, und dann kühlt man ab, und dann bilden sich zunächst 04:11.760 --> 04:14.960 kleine Blasen, Wasserblasen, und wenn man weiter abkühlt, hat man zum 04:14.960 --> 04:15.540 Schluss Wasser. 04:16.300 --> 04:22.700 Und diesen Prozess gibt es auch im Standardmodell, und der hat zu tun 04:22.700 --> 04:26.480 mit der Entstehung der Masse der Elementarteilchen. 04:26.480 --> 04:31.740 Also in der Phase, wie wir als Physiker sagen, die der Dampfphase 04:31.740 --> 04:35.000 entspricht, sind alle Elementarteilchen-Masse los. 04:35.580 --> 04:40.900 Und in diesem Kondensationsprozess, in dem das sogenannte Higgs-Feld 04:40.900 --> 04:44.400 einen Vakuum-Erwartungswert bekommt, wie wir in unserer Fachsprache 04:44.400 --> 04:47.380 sagen, bekommen die Elementarteilchen eine Masse. 04:47.420 --> 04:49.280 Und dieser Prozess muss sehr schnell passieren. 04:49.280 --> 04:54.600 Und das hängt verrückterweise mit einem Parameter des Standardmodells 04:54.600 --> 04:57.000 zusammen, und zwar der Masse des Higgs-Bosons. 04:57.300 --> 05:00.880 Das Higgs-Boson ist noch nicht gefunden, das wollen wir finden am LHC, 05:01.000 --> 05:03.860 das machen die experimentellen Kollegen dort wahrscheinlich schon im 05:03.860 --> 05:04.480 nächsten Jahr. 05:05.780 --> 05:08.920 Und was wir wissen, dadurch dass wir es nicht gefunden haben, wir 05:08.920 --> 05:14.220 wissen, dass das Higgs-Boson schwerer als 114 Gigaelektronenvolt ist. 05:14.220 --> 05:18.800 Das ist die Einheit, mit der wir Teilchenmassen beschreiben, 05:18.920 --> 05:19.220 Gigaelektronenvolt. 05:19.960 --> 05:24.780 Wir wissen, das ist relativ schwer, und wenn es leichter gewesen wäre 05:24.780 --> 05:28.040 als ungefähr 75 Gigaelektronenvolt, dann hätte es geklappt. 05:28.540 --> 05:31.380 Jetzt wissen wir also, es scheitert gleich an zwei Fronten. 05:31.580 --> 05:38.000 Das Higgs-Boson ist zu schwer, damit ist dieser Phasenübergang nicht 05:38.000 --> 05:38.620 schnell genug. 05:38.620 --> 05:42.680 Und das zweite Kriterium ist, wir haben zu wenig Verletzung dieser 05:42.680 --> 05:43.880 Spiegelungssymmetrie. 05:44.620 --> 05:50.320 Genau genommen die Kombination aus Spiegelung Materie-Antimaterie und 05:50.320 --> 05:52.340 Kombination der Raumspiegelung. 05:52.680 --> 05:56.000 Wenn man das beides zusammensetzt, das ist zu klein im Standardmodell, 05:56.220 --> 05:57.120 damit klappt es nicht. 05:57.640 --> 06:00.680 Und das ist ein schöner Ansatzpunkt, um Forschung zu machen.