CP-Verletzung, das Standardmodell und der Lauf der Wissenschaft

Die Neuigkeit an sich ist schnell erzählt: es gibt verstärkt Hinweise darauf, dass die Natur bei bestimmten Reaktionen Materie vor Antimaterie bevorzugt und zwar über das Maß hinaus, das im Standardmodell der Teilchenphysiker vorgesehen ist. Das ist erst mal beruhigend, weil wir offensichtlich im Universum eine Menge Materie finden, aber kaum Antimaterie, schon gar nicht in größeren Ansammlungen — verhielte sich die Natur identisch gegenüber beiden Materieformen sollten wir eigentlich eine Gleichverteilung erwarten; oder gar keine Verteilung, denn Materie und Antimaterie zerstrahlen bei Kontakt zu Energie. [1]

Jetzt sollte es natürlich meine Aufgabe sein, zu erklären, was es mit dieser Unterscheidung auf sich hat, die man auch als CP-Verletzung bezeichnet. Allein, wer von CP-Verletzung schreiben will, sollte über P- und C-Verletzung nicht schweigen dürfen, insbesondere wenn man nicht einfach auf die entsprechenden Wikipedia-Artikel verlinken kann, weil die vergleichsweise wenig aufschlussreich sind. Das wird also, wenn denn, eine ganze Serie, die etwas Zeit braucht und auch einige Arbeit, auch wenn das Thema und die damit verbundenden Experimente ziemlich fasziniernd sind und uns einen Einblick in das Wesen der Dinge erlauben, die man außerhalb der Physik nie gewinnen wird.

Aber heute reicht die Zeit sowieso nur für die Vorbemerkung. Auf dem Standardmodell beruht heute unser ganzes theoretisches Verständnis, wie Materie und Energie sich elementar verhalten und wie aus einigen wenigen Elementarteilchen unsere ganze Welt entsteht, abzüglich der Gravitation, die immer noch etwas ungelöst am Rand herumlungert. Aber die Physiker hassen das Standardmodell (tief innen drin, nicht wenn ein Journalist kommt und fragt). Es ist inzwischen über 30 Jahre alt und wurde immer wieder bestätigt, obwohl wir wissen, dass es nicht der Weisheit letzter Schluss sein kann mit all den freien Parametern und etwas unübersichtlich wirkenden Erhaltungssätzen. Aber es ist einfach so verdammt erfolgreich.

Das ist der Punkt, den Wissenschaftskritiker nie verstehen werden, während sie sich in ihren kloakigen Netzsphären an vorgeblichen Erkenntnissen aufgeilen, die das wissenschaftliche Establishment brutal unterdrückt; seien das Pseudomediziner, Esoterikwissenschaftler oder Evolutionsskeptiker in Form von kreationistischen Idioten oder I.D.iotischen Kreationisten. Wissenschaft hasst Stillstand und in Stein gehauene Modelle, weil sie dem Fortschritt im Weg stehen und damit sowohl Erkenntnis- als auch Karriere-Durchbrüchen. Solange man nicht die Bruchstelle zwischen Theorie und Realität gefunden hat, reduziert sich Experimentalwissenschaft auf das Kartographieren der schon erreichten Erkenntnis über die Welt. Derweil setzen sich begnadete, aber von der Empirie nunmehr etwas allein gelassene Theoretiker selbst Schleifen, Fäden und generell Flausen in den Kopf, von denen sie selber nicht so genau wissen, was sie damit anfangen sollen.

Darum ist es ein Feiertag für die Wissenschaft, wenn endlich ein empirisch nachprüfbarer, reproduzierbarer Bruch im Gefüge aufscheint, weil man an dem endlich weitermachen kann, das alte Modell zu überwinden. Dass die kleine im Standardmodell schon angelegte CP-Verletzung nicht ausreicht, das Übermaß an normaler Materie im Universum zu erklären, war schon länger klar. Sollten sich jetzt die ersten Hinweise bestätigen, dass schwere B-Mesonen eine andere CP-Verletzung zeigen, als sie ursprünglich an leichteren K-Mesonen nachgewiesen wurde, dann hat man damit vielleicht endlich den lange ersehnten Angelpunkt gefunden, an dem man mehr über die Grundlagen der Natur erfahren kann, als das Standardmodell es erlaubt. Und wie weit das dann führen wird, bleibt abzusehen. [2]

Wieso wurde dieser mögliche Unterschied in der CP-Verletzung überhaupt gefunden? Weil direkt danach gesucht wurde. Naturwissenschaft stellt sich selbst ständig in Frage und prüft nach, wo das Modell zusammenbrechen kann.

Pseudowissenschaft ist dagegen die immer fortlaufende gegenseitige Bestätigung sich nur selbst so bezeichnender Skeptiker, ein paranoider Reflex — das kontinuierliche Entwickeln und Fortspinnen von Masturbationsphantasien aus gekränkter Metaphysik und versagtem Allmachtsanspruch heraus.

[1] Das tun sie nicht aus geheimnisvollen Gründen, sondern weil sich die gegenseitigen Eigenschaften effektiv aufheben: eben die Eigenschaften, die Energie sich wie Teilchen verhalten lässt. Beim Zusammenbringen zweier genau entgegengesetzter Teilchen, verschwinden mit den Eigenschaften die Teilchen selbst; die Energie bleibt als solche erhalten, im Teilchenbild als wesentlich eigenschaftslosere Photonen. Das funktioniert derweil auch umgekehrt.

[2] Es kann natürlich auch sein, dass man den Effekt durch eine relativ triviale Erweiterung und Modifizierung ziemlich unkompliziert in das Standardmodell einbinden kann. In dem Sinne ist das Standardmodell leider ein Biest. Aber selbst, wenn das so sein sollte, steigt mit jeder Zusatzannahme und Erweiterung der Druck und die Möglichkeit, aus diesen zu einem grundlegenderen Modell zu kommen.

2 Responses to “CP-Verletzung, das Standardmodell und der Lauf der Wissenschaft”

  1. Nachdem ich mir dann mal mühsam die K-Oszillationen verstanden habe (ganz schön langer Weg), habe ich jetzt gar keine Idee, wieso die CP-Verletzung bei Bs anders sein könnte? Gibt es einigermaßen verständliche Erklärungsmöglichkeiten?

  2. Nun, es geht nicht darum, dass es grundsätzlich anders abläuft, wenn Du das meinst. Es gibt eine quantitative Aussage über die zu erwartende CP-Verletzung aus der Quark-Mixing-Matrix, die konsistent aus dem Standardmodell abgeleitet werden kann und die CP-Verletzung im Kaon-Zerfall richtig beschreibt. Mit den zwingend folgenden Symmetrien, die das Standardmodell vorgibt, kann man daraus die Umwandlungsraten der B-Mesonen und damit die beobachtbare CP-Verletzung vorhersagen. Gleichzeitig ist es eigentlich Konsens, dass mit dieser geringen Verletzung nicht die offensichtlich bestehende Dominanz von Materie im Universum erklärt werden kann.

    Sollte die CP-Verletzung bei B-Mesonen größer sein, wäre das damit vereinbar. Aber der Grund liegt dann vermutlich in den für die Quarkumwandlung zuständigen Matrixelementen selbst. Um das zu erklären bedürfte es einer viel genaueren Quantifizierung der Effekte und dann vermutlich einer neuen Theorie, warum die Mixing-Matrix sich nicht so verhält, wie es aus dem Standardmodell hervorgeht. Aber soweit ich das verstehe, gäbe es keine verständlichere Erklärung im Sinne, B-Mesonen bilden andere, unerwartete Eigenzustände aus oder ähnliches, wie die Begründung dafür lautet, dass es überhaupt CP-Verletzung gibt in der Physik.

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