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Ungereimtheiten in der Urknalltheorie

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Kurz nach dem Urknall entstanden unter anderem radioaktive Atome des Typs Beryllium-7. Heute sind diese im gesamten Universum längst zerfallen, sie kommen also natürlicherweise nicht mehr vor; im Gegensatz zu ihrem Zerfallsprodukt Lithium. Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI haben nun geholfen, die ersten Minuten des Universums besser zu verstehen.

Zum besseren Verständnis der Entstehungsgeschichte des Universums haben Forschende des Paul Scherrer Instituts ein nur aufwendig zu erlangendes Puzzlestück geliefert: Sie konnten eine Probe aus sehr seltenen, kurzlebigen Atomen herstellen. Es handelt sich um die Atome des Isotops Beryllium-7. In der Folge konnte am CERN dieses Beryllium-7 – konkret: seine Interaktion mit Neutronen – weitaus genauer als je zuvor untersucht werden.

Da Beryllium-7 durch seinen radioaktiven Zerfall zu Lithium-7 wird, hilft seine Erforschung, ein fundamentales Problem der Urknalltheorie zu knacken: Die Theorie sagt nämlich eine drei bis vier Mal grössere Menge Lithium voraus, als tatsächliche Messungen im Universum zeigen. Dieses sogenannte Kosmologische Lithiumproblem ist eines der letzten grossen Rätsel der derzeitigen Theorie zur Entstehung des Universums. Denn bei allen anderen Elementen, die kurz nach dem Urknall entstanden, deckt sich die Urknalltheorie gut mit den gemessenen Daten.

Fast das gesamte, heute im Universum vorhandene Lithium-7 stammt aus dem Zerfall von Beryllium-7, das wiederum kurz nach dem Urknall entstand. Daher gingen die Forschenden der Frage nach, ob es vielleicht anfangs doch weniger Beryllium gegeben habe, als man bislang glaubte, und sich so das Kosmologische Lithiumproblem erklären liesse. Eines der letzten, noch zu überprüfenden Details war der sogenannte Neutroneneinfangquerschnitt von Beryllium-7. Dieser Wert sagt die Wahrscheinlichkeit dafür voraus, dass ein Beryllium-7-Atomkern ein freies Neutron einfängt und in der Folge zerfällt.

Der Neutroneneinfangquerschnitt von Beryllium-7 war zuletzt vor rund 50 Jahren vergleichsweise ungenau bestimmt worden, erklärt die PSI-Forscherin Dorothea Schumann, Leiterin der Forschungsgruppe für Isotopen- und Targetchemie. Diese Kennzahl sollte nun am CERN genauer als je zuvor untersucht werden. Die dafür notwendige Probe aus Beryllium-7 stellten die PSI-Forschenden.

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