Chamäleons der Physik

Lässt sich das Äquivalenz-Prinzip in der Physik mit den heute zur Verfügung stehenden Methoden widerlegen? – David Mota von der Heidelberger Ruprecht-Karls-Universität bezweifelt es, da es möglicherweise Teilchen gibt, die mit der normalen Materie wechselwirken und sich wie Chamäleons ihrer Umgebung anpassen.

Vor etwa 400 Jahren wurde Galileo Galilei angeblich durch den Schiefen Turm von Pisa dazu inspiriert, sich Gedanken über die Schwerkraft zu machen. Er ließ verschiedene Gegenstände aus Holz, Blei und Gold aus größerer Höhe zu Boden fallen und erkannte, dass alle Materialien unter dem Einfluss der Schwerkraft gleich schnell in Richtung Erdboden fallen. 300 Jahre später entwickelte Einstein das so genannte Äquivalenz-Prinzip, das nichts anderes aussagt, als das sich in einem Gravitationsfeld alle Körper unabhängig von ihrer Zusammensetzung gleich bewegen.

Immer wieder haben Wissenschaftler versucht das Äquivalenz-Prinzip in Experimenten zu überprüfen, dabei wurden in den letzten Jahren immer exaktere Methoden entwickelt. Zurzeit wird eine Genauigkeit von etwa 10 ^–13 Meter pro Sekunde bei der Messung der Bewegung der Untersuchungsobjekte erreicht. In all diesen Experimenten wurde das Äquivalenz-Prinzip bestätigt. Trotzdem vermuten Wissenschaftler, dass dieses Prinzip nicht länger haltbar ist. Noch ausgeklügeltere Experimente sind in Vorbereitung, wie etwa STEP, einem gemeinsamen Programm von Europäern und US-Amerikanern, bei dem das Äquivalenz-Prinzip mit Hilfe eines Satelliten im erdnahen Orbit überprüft werden soll. Dabei soll eine Genauigkeit der Messung von 10 ^–18 Meter pro Sekunde erzielt werden.

Wird diese Messgenauigkeit aber ausreichen, um das Äquivalenz-Prinzip zu widerlegen? David Mota vom Institut für Theoretische Physik der Ruprecht-Karls Universität Heidelberg bezweifelt es. Zusammen mit seinem englischen Kollegen Douglas Shaw hat er einen Artikel veröffentlicht in dem die beiden Physiker zeigen, dass es wahrscheinlich viel komplizierter wird das Einsteinsche Prinzip zu widerlegen, als bisher angenommen. Hintergrund dieser Überlegungen ist die so genannte String-Theorie, nach der es Teilchen gibt, die mit der normalen Materie in Wechselwirkung treten. Da diese Teilchen noch nicht nachgewiesen sind, wird angenommen, dass deren Wechselwirkung mit der normalen Materie besonders schwach sei.

David Mota und Douglas Shaw zeigten jedoch, dass diese Teilchen besonders stark mit Materie in Wechselwirkung treten könnten. „Dabei verhalten sie sich wie ein Chamäleon und gleichen sich ihrer Umgebung an“, erläutert David Mota. Gleichzeitig würden die Teilchen auch die Bewegung mit der ein Gegenstand im luftleeren Raum zu Boden fällt verändern. Damit wären sie für die Verletzung des Äquivalenz-Prinzips verantwortlich. Bis aber eines der fundamentalen Prinzipien der heutigen Physik widerlegt ist, kann es noch etwas dauern, denn wie Chamäleons sind diese bisher unbekannten Teilchen nur schwer zu erkennen.

Quelle: Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg/Stefan Zeeh

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  David F. Mota & Douglas J. Shaw: Strongly coupled chameleon fields: New horizons in scalar field theory. Phys. Rev. Lett. 97, 151102 (2006).
  http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.97.151102
  http://arxiv.org/abs/hep-ph/0606204 (Preprint)
• Institut für Theoretische Physik, Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg:
  http://www.thphys.uni-heidelberg.de
• Homepage von David Mota:
  http://www.thphys.uni-heidelberg.de/~mota/