Neue Messung der Feinstrukturkonstante bestätigt kosmische Schöpfung

Ein Universum wie das Unsere braucht Gesetze der Natur, Anfangsbedingungen und fundamentale Konstanten. Wenn die Werte der fundamentalen Konstanten sich um die geringste Zahl ändern würde, hätten wir keine Strukturen wie Atome, Planeten oder Sterne. Wissenschaftler messen die Konstanten immer wieder, weil sie sehr gewichtige Folgen haben. Eine neue Messung hat bestätigenden Beweis für das Standardmodell der Teilchenphysik und Schöpfung gebacht.

Die Feinstrukturkonstante ist eine der fundamentalsten Konstanten der Physik. Sie beschreibt die Stärke der elektromagnetischen Kraft zwischen Elementarteilchen im Standardmodell der Teilchenphysik, wie wir sie kennen. Ganz spezifisch bestimmt die Feinstrukturkonstante die Stärke der elektromagnetischen Interaktion zwischen Licht (Photonen) und geladene  Elementarteilchen wie Elektronen und Muonen.

In einer der letzten Ausgaben von Nature berichten vier Physiker über ein Experiment, in dem sie den Wert der Feinstrukturkonstante mit nie zuvor gesehener Genauigkeit gemessen haben.¹ Sie stellten fest, dass der Wert der Inverse der Feinstrukturkonstante einen Wert von 137,035999206 ± 0,000000011. Ihre Berechnung des wahrscheinlichen Fehler umfasst statistischen und systematischen Fehler gleichermassen. Ihre Messung ist 2,5 Mal genauer als die bisher beste Bestimmung des Werts.²

Die Forscher erreichten die Genauigkeit der Messung mittels eines ausgefeilten Experiment. Sie haben “Interferometrie der Materiewellen zur Messung der Rückstoßgeschwindigkeit eines Rubidiumatoms, das ein Photon absorbiert” benutzt.³

Größere Genauigkeit bestätigt Standardmodell der Teilchenphysik
Diese Leistung zählt zu den Triumphen des Standardmodells der Teilchenphysik. Das vom Team erbrachte Ergebnis bestätigt über jeden vernünftigen Zweifel, dass das Elektron ein Elementarteilchen ist. Das Elektron kann nicht aus kleineren Teilchen bestehen. Wäre das der Fall, hätte das Elektron ein “anderes magnetisches Moment, entgegen der Beobachtung.”⁴

Die Messungen des Team weisen auch stärkere Einschrankungen der Teilchen, die dunkele Materie ausmachen, nach. Dunkele Materie besteht aus Teilchen, die entweder gar nicht mit Licht (Photonen) oder nur sehr schwach mit Licht interagieren,

Die Zusammensetzung des Universums besteht zu 26,25% aus dunkeler Materie.⁵Bis jetzt sind das Elektron, Tau- und Muonneutrinos die einzigen Teilchen der dunkelen Materie, die wir entdeckt haben. Diese Neutrinos machen weniger als 1/5 der dunkelen Materie im Universum aus.

Es wurden bis jetzt mehr als 30 unterschiedliche Teilchen dunkeler Materie vorgeschlagen, um den Rest der dunkelen Materie im Universum auszumachen. Die Messung dieser Physiker zeigt aber, dass die Dunkel-Sektor-Teilchen existieren wahrscheinlich nicht. Das Raumzeit-Gefüge des Universums besteht aus einem Meer von virtuellen Teilchen.  Diese Teilchen entstehen—durch Quantenfluktuationen—nur kurzzeitig bevor sie wieder in den Quantenschaum des Universums verschwinden. Wenn Teilchen der Materie im dunkelen Sektor mehr als einen kleinen Bruchteil aller virtuellen Teilchen ausmachen, würden sie das magnetische Moment des Elektrons um einen winzigen aber messbaren Ausmaß ändern. Keine solche Änderung wurde beobachtet.

Mehr Beweis für die Schöpfung kommt noch
Viele Forschungsteams in Physik, auch diese vier Physiker, bereiten sich darauf vor, noch empfindlichere Messungen der Feinstrukturkonstante durchzuführen. Binnen zwei oder drei Jahren nehmen sich diese Teams vor, den Wert der Feinstrukturkonstante mit einer Genauigkeit von 10 Teile je Billion zu messen. Diese Genauigkeit wird um das Achtfache besser als die Messung sein, die das vier-Personen-Team erreicht hat. Mit dieser Genauigkeit wird es möglich sein, die möglichen Wirkungen des Tau-leptons (ein schwerer Vetter des Elektrons) auf die Feinstrukturkonstante zu untersuchen. Untersuchung dieser Art wird noch stärkere Zwangsbedingungen für die Teilchen aus dem dunklen Sektor ergeben und die Eigenschaften der möglichen Teilchen aus dem dunklen Sektor ermitteln.

Das Standardmodell der Teilchenphysik ist tief verbunden mit dem Standardmodell ΛCDM (Lambda cold dark matter) des Urknalls. Indem sie eine überlegene Messung der Feinstrukturkonstante erreicht haben, haben diese Physiker noch mehr Beweis für die Schöpfung des Universums und der Elementarteilchen geliefert. Ihre Arbeit beweist auch das biblische Prinzip, dass, je mehr wir über das Reich der Natur lernen, desto mehr Beweis entdecken wir für das übernatürliche Handwerk Gottes.

Endnoten

1. Léo Morel et al., “Determination of the Fine-Structure Constant with an Accuracy of 81 Parts per Trillion,” Nature 588, no. 7836 (2.Dezember.2020): 61–65, doi:10.1038/s41586-020-2964-7.
2. Richard H. Parker et al., “Measurement of the Fine-Structure Constant as a Test of the Standard Model,” Science 360, no. 6385 (13.April 13.2018): 191–95, doi:10.1126/science.aap7706.
3. Morel et al., “Determination of the Fine-Structure Constant,” 61.
4. Holger Müller, “Standard Model of Particle Physics Tested by the Fine-Structure Constant,” Nature 588, no. 7836 (2.Dezember.2020): 37–38, doi:10.1038/d41586-020-03314-0.
5. Simone Aiola et al., “The Atacama Cosmology Telescope: DR4 Maps and Cosmological Parameters,” Journal of Cosmology and Astroparticle Physics vol. 2020, no. 12 (December 2020): id. 047, doi:10.1088/1475-7516/2020/12/047.