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Urknall, Big Bang (Symbolbild)

Problem für die Theorie des «Big Bang»: Es gibt zu wenig Lithium im Universum.  Bild: Shutterstock

Paul Scherrer Institut und Cern sind Ungereimtheiten in der Urknalltheorie auf der Spur

25.07.18, 18:47


Forscher am Paul Scherrer Institut (PSI) in Villigen AG haben künstlich hergestelltes Beryllium-7 gesammelt und daraus eine untersuchbare Probe hergestellt. Das kurzlebige Material wurde dem CERN und weiteren Forschungsstätten zur Verfügung gestellt, die damit Ungereimtheiten in der Urknalltheorie überprüfen konnten.

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 waren, 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 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.

Wie eine Theateraufführung

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», wird die PSI-Forscherin Dorothea Schumann, Leiterin der Forschungsgruppe für Isotopen- und Targetchemie, in einer PSI-Mitteilung vom Mittwoch zitiert. Diese Kennzahl sollte nun am CERN genauer als je zuvor untersucht werden. Die dafür notwendige Probe aus Beryllium-7 stellten die PSI-Forschenden zur Verfügung.

Schumann Heinitz Maugeri

Stephan Heinitz, Dorothea Schumann und Emilio Maugeri (v.l.n.r.) aus der Forschungsgruppe für Isotopen- und Targetchemie in ihrem Labor. Bild: Paul Scherrer Institut

Die Herstellung und Vermessung der Beryllium-7-Probe beim PSI glich einer einmaligen Theateraufführung, für welche die Forschenden rund drei Jahre Vorbereitungen treffen und Testdurchläufe machen mussten. Beryllium-7 verschwindet durch seinen radioaktiven Zerfall so rasch, dass sich seine Menge rund alle 53 Tage halbiert.

Daher musste vor dem eigentlichen Durchlauf sowohl am PSI und am CERN sowie für den Transport zwischen den beiden Instituten alles auf Position sein, damit zwischen der Herstellung der Probe und ihrer Vermessung so wenig Zeit wie möglich verstreicht.

Auf den Spuren von Goldschürfern

Die Idee zum Experiment entstand im Jahr 2012. PSI-Forscherin Schumann wusste, dass man aus dem Kühlwasser der Neutronenspallationsquelle SINQ, die am PSI für Experimente mit Neutronenstrahlen betrieben wird, das seltene Beryllium-7 extrahieren kann. Wie Goldschürfer extrahieren Schumann und ihre Forschungsgruppe die seltenen Isotope.

Innenaufnahme der Neutronenleiterhalle an der Spallationsquelle SINQ

Innenaufnahme der Neutronenleiterhalle an der Spallationsquelle SINQ.  Bild: Paul Scherrer Institut

Tatsächlich gelang es den CERN-Forschern, mit der PSI-Probe das Experiment durchzuführen und den bis dahin noch ungenügend bekannten Neutroneneinfangquerschnitt des Beryllium-7 zu bestimmen. Doch auch diese aktuelle Messung löst das Kosmologische Lithiumproblem nicht: Nach der jetzigen Studie sei es nun wahrscheinlicher geworden, dass die Ursache dieses Problems in der theoretischen Beschreibung des Ursprungs des Universums liege, teilte das PSI mit. Die Wissenschaft werde daher weiter nach einer Lösung des Kosmologischen Lithiumproblems suchen müssen.

(sda)

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Video: Angelina Graf

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Charly Otherman, 5.5.2017
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19
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19Alle Kommentare anzeigen
    Alle Leser-Kommentare
  • Addix Stamm 26.07.2018 12:39
    Highlight Wurde der Bereich Brennstoffzellen des PSI abgegeben?
    Link: Kernfusion
    https://www.nuklearforum.ch/sites/default/files/folder-pdf/170320%20Update_Fusion_d_Web.pdf
    1 0 Melden
  • blobb 25.07.2018 20:58
    Highlight Spannend. Gerne weitere solche Artikel.
    88 0 Melden
  • Sarkasmus x pi und die Wurzel daraus 25.07.2018 20:10
    Highlight Artikel aufgesaugt..... Perfekt! BITTE mehr davon und dafür weniger Trump- 08.15 Sensationsjournalismus! Danke... :-)
    170 0 Melden
  • lilie 25.07.2018 20:03
    Highlight Vielen Dank für das sehr interessante Update! 👍

    Das erinnert mich an die Newton'sche Theorie, die eigentlich alles ziemlich genau erklären konnte - bis auf die Umlaufbahn des Merkurs.

    Bekanntermassen konnte dieses Problem erst mit der Relativitätstheorie gelöst werden.

    Vielleicht braucht es für das Lithiumproblem auch wieder einen grundsätzlich anderen Ansatz?
    68 0 Melden
    • maxi 26.07.2018 06:11
      Highlight 42 herzen...ich kann doch so nicht aufs herzdrücken 👍🏻
      12 0 Melden
    • lilie 26.07.2018 07:02
      Highlight Oh, @maxi, das kannst du wirklich nicht! Wo wir doch damit die Antwort auf alles gefunden haben! 😘
      5 1 Melden
    • maxi 26.07.2018 17:20
      Highlight hab es natürlich nachträglich gedrückt;)
      2 0 Melden
    • lilie 27.07.2018 05:52
      Highlight @maxi: 😘

      Jetzt ist es eh schon zu spät und die Antwort ist für immer verloren. ☹

      WIE lange müssen wir jetzt wieder warten bis zum Ergebnis der Neuberechnung? 🤔
      0 0 Melden
    • maxi 27.07.2018 11:53
      Highlight dies ist kein problem meiner stufe. ich freu mich aber wenn betreffende stellen "good news" verkünden können 😄
      1 0 Melden
  • Bynaus 25.07.2018 19:45
    Highlight Science News - wenn Wissenschaftler sich einen Labormantel umwerfen und etwas hilflos Geräte anlächeln müssen.
    32 0 Melden
  • Klaus07 25.07.2018 19:31
    Highlight Und was genau brigt es der Menschheit, wenn man das Lithium-7 Problem gelöst hat? Wechen Nutzen kann man aus dieser sehr teuren Forschung ziehen? Und warum muss man das überhaupt wissen? Die Menschheit wird vermutlich schon längst wieder Geschichte sein bevor diese Erkenntniss irgend einen Vorteil aufzeigen könnte.
    8 130 Melden
    • blobb 25.07.2018 21:11
      Highlight Dieser elende Fortschritt!!! Sieht nur, was er aus unseren Fauen gemacht hat!

      Nein im Ernst:
      Der Drang zur Erkenntnis ist die menschlichste aller Eigenschaften und hat uns dahin gebracht wo wir heute sind.
      82 0 Melden
    • m. benedetti 25.07.2018 21:13
      Highlight Der Mensch ist vom Wesen her neugierig und will wissen, wie was und warum.
      48 0 Melden
    • lilie 25.07.2018 21:32
      Highlight Das nennt man Grundlagenforschung.

      Da mag nicht unmittelbar ein Nutzen herausschauen, aber wir lernen mehr über das Universum, in dem wir leben.
      60 2 Melden
    • Zap Brannigan 25.07.2018 21:44
      Highlight Es geht um das Verständnis von Materie. Man nennt das Grundlagenforschung. Genau das selbe hat man damals über dir Erforschung der Grundlagen dessen gesagt, was später zur Quantentheorie führte. Und ohne diese Erkenntnisse gäbe es die heutigen modernen Halbleiter (Chips) nicht und damit weder Smartphone noch PC noch Internet.
      50 0 Melden
    • Abnaxos 25.07.2018 21:46
      Highlight Wer nicht neugierig ist, bleibt dumm.

      Die Grundlagenforschung hat nun mal die Eigenschaft, dass man erst merkt, was man mit dem Wissen anstellen kann, wenn man es herausgefunden hat. Sie ist extrem wichtig, gerade, weil das gewonnene Wissen einen auch auf völlig neue Ideen bringen kann, auf die man sonst gar nicht erst gekommen wäre.

      GPS beispielsweise wäre ohne die Relativitätstheorie nicht möglich. Einstein hatte aber ganz bestimmt nicht GPS im Kopf, als er sich das überlegt hat.
      68 0 Melden
    • Klaus07 26.07.2018 18:28
      Highlight @Abnaxos
      Können Sie mir den Zusammenhang GPS und Einstein erklären? Die Radiowellen wurden bereits 1887 von Heinrich Herzt experimentell nachgewiesen. Damals wahr Einstein 9 Jahre alt.

      Mir schon klar, das Grundlagenforschung wichtig ist, aber dennoch hinterfrage ich mich was uns genau das Wissen über die Urknalltheorie bringt, wenn wir es nicht einmal schaffen den Hunger und die Armut auf unserer Erde zu besiegen. Das ist einfach nur Paradox!
      0 5 Melden
    • Chris Senn 27.07.2018 03:25
      Highlight Der Zusammenhang ist ganz "einfach". Die Relativitätstheorie wird gebraucht um die Uhren der Satelliten zu korrigieren. Die Uhren laufen anders, da die Satelliten eine hohe Geschwindigkeit aufweisen (spezielle Relativitätstheorie), und zum anderen weil die Gravitation schwächer ist in der höhe der Umlaufbahn (allgemeine Relativitätstheorie). Auch wenn es sich nur um Mikrosekunden handelt, können innert kürzester Zeit, Fehler von einigen Kilometern entstehen.
      5 0 Melden
    • blobb 27.07.2018 08:18
      Highlight @Klaus07
      Für die Triangulation mittels Satelitten zur Positionbestimmung, muss man die realtivstischen Effekte, die wegen den hohen Geschwindigkeiten (relativ zum GPS-Gerät) auftreten mit einberechnen.
      Weil die Signallaufzeiten zu den Satelitten extrem genau gemessen werden, wäre eine genaue Positionsbestimmung ohne die Relativitätstheorie nicht möglich.
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