Wird die Vakuumenergie unseres Universums von einem "Bulk-Universum" abgesaugt? - wissenschaft.de
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Astronomie+Physik

Wird die Vakuumenergie unseres Universums von einem "Bulk-Universum" abgesaugt?

Die von der Standardtheorie der Teilchenphysik vorhergesagte, in unserem Universum aber nicht vorhandene ungeheuer große Vakuumenergiedichte könnte von einem höherdimensionalen Universum „abgesaugt“ werden. Diese Hypothese kann anhand von Newtons Gravitationsgesetz überprüft werden, wie Christof Schmidhuber vom europäischen Forschungszentrum CERN in der Fachzeitschrift Nuclear Physics B berichtet (Bd. 619, S. 603).

Aufgrund der Unschärferelation der Quantenmechanik werden im Vakuum fortwährend Elementarteilchen erzeugt und wieder vernichtet. Deshalb sollte das Vakuum gemäß der Standardtheorie der Teilchenphysik eine derartig große Energiedichte haben, dass es sich eigentlich schlagartig ausdehnen müsste. Außerdem sollte unser Universum deshalb eine sehr starke Krümmung aufweisen. Beides ist nicht der Fall.

Eine Möglichkeit, diese Diskrepanz zu erklären, ist die Einführung einer Supersymmetrie. In dieser Theorie wird jedem Elementarteilchen ein „Superpartner“ zugeordnet. Dabei heben sich die Beiträge der Teilchen und ihrer Superpartner auf die Vakuumenergiedichte gerade auf.

Doch die Supersymmetrie hat ein Problem: Bisher ist kein Superpartner beobachtet worden. Man erklärt dies damit, dass die Superpartner eine viel größere Masse besitzen als die Teilchen. Das ist mit der Theorie vereinbar, wenn man annimmt, dass die Supersymmetrie unterhalb eines bestimmten Energiewertes „gebrochen“ wird. Doch mit dem dafür geforderten Energiewert handelt man sich wieder das Problem mit der viel zu großen Vakuumenergiedichte ein.

Als Ausweg aus diesem Dilemma ist vorgeschlagen worden, dass unser Universum eine vierdimensionale „Bran“ (Kunstwort aus „Membran“) in einem höherdimensionalen „Bulk-Universum“ ist. Mithilfe der Stringtheorie lässt sich zeigen, dass dann auf der Bran ? also in unserem Universum ? die Supersymmetrie gebrochen würde, während sie im Bulk-Universum so weit ungebrochen bliebe, dass sich eine geringe Vakuumenergiedichte damit vereinbaren ließe.

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Auf der Bran würde die gebrochene Supersymmetrie in die Standardtheorie der Teilchenphysik übergehen, womit man sich zunächst wieder die große Vakuumenergiedichte einhandelt. Doch die Bran-Theorie liefert zusätzlich den so genannten Rubakov-Shaposhnikov-Mechanismus, der ? wie Schmidhuber schreibt ? „zumindest im Prinzip den Job erledigen könnte, die Vakuumenergie der Standardtheorie abzusaugen“.

Schmidhuber zeigt auf, dass dieses Szenario schon bald experimentell überprüft werden könnte. Denn eine Konsequenz der Bran-Theorie ist, dass Newtons Gravitationsgesetz bei Abständen unterhalb von 0,01 Millimeter abgeändert werden muss. Bisher ist das Gravitationsgesetz bis hinab zu Abständen von 0,2 Millimeter überprüft worden (bdw berichtete darüber).

Axel Tillemans
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