Künstliche Intelligenz
Zerfall von Antimaterie löst Physik-Rätsel: Warum die Beobachtung wichtig ist
Xueting Yang und sein Team vom Kernforschungszentrum CERN haben beim Zerfall von schweren, subatomaren Teilchen – sogenannten Baryonen – beobachtet, dass Materie und Antimaterie sich unterschiedlich verhalten. Die sogenannte CP-Verletzung ist zwar vor mehr als 60 Jahren theoretisch vorhergesagt worden – wurde aber bisher nie beobachtet. Das „starke CP-Problem“ gilt als eine der am meisten unterschätzten offenen Fragen der Physik.
Baryon – was?
Nach dem Bau der ersten Teilchendetektoren wurden zahlreiche neue Elementarteilchen gefunden – in den frühen 1960er Jahren war ihre Zahl auf über 400 angewachsen. Erst das seitdem entstandene und immer weiter ausgebaute Standardmodell der Teilchenphysik brachte wieder Ordnung in den Teilchenzoo, indem es erklärte, wie sich die neuen Teilchen durch elementare Bausteine zusammensetzen lassen.
Baryonen bestehen aus drei dieser elementaren Bausteine – den Quarks. Protonen und Neutronen, aus denen Atomkerne zusammengesetzt sind, sind typische Baryonen.
Wie funktioniert dieses Standardmodell?
Das Standardmodell geht davon aus, dass es nur einige, wenige Elementarteilchen gibt. Der gesamte Teilchenzoo ist aus diesen einfachen Grundbausteinen zusammengesetzt. Das Standardmodell erklärt, wie. Es zwei Familien von Grundbausteinen: Quarks und Leptonen. Aus Quarks und Leptonen sind Materie und Antimaterie zusammengesetzt.
Auf Quarks und Leptonen wirken jeweils spezifische Kräfte. Salopp gesagt ist das wie bei Superhelden, die ihre jeweiligen Superheldenkräfte haben. Auf Elektronen wirken zum Beispiel elektromagnetische Felder, auf Quarks die sogenannte starke Wechselwirkung und die elektromagnetische Wechselwirkung und so weiter. Auf das Neutrino hat nur die sogenannte schwache Wechselwirkung Einfluss.
Die Kräfte zwischen den Elementarteilchen werden durch den Austausch virtueller Teilchen, Bosonen genannt, vermittelt. Zu jeder spezifischen Kraft gehören jeweils spezifische Bosonen. Jedes Elementarteilchen tauscht ständig solche virtuellen Bosonen mit dem ihm umgebenden entsprechenden Feld aus.
Alles Quark(s)?
Quarks sind insofern bemerkenswert, als sie nie alleine auftreten, sondern zu zweit oder zu dritt. Sie sind zudem die einzigen Elementarteilchen, die keine ganzzahlige elektrische Ladung haben.
Es gibt sechs Arten von Quarks, die als „Flavours“ bezeichnet werden: up, down, charm, strange, top und bottom. Protonen und Neutronen sind aus Up- und Down-Quarks zusammengesetzt. Zusammengehalten werden Quarks von der erwähnten starken Wechselwirkung.
Symmetrie und Erhaltungssätze
Die meisten physikalischen Gleichungen sind auf die eine oder andere Weise „symmetrisch“ – auch wenn sich das zunächst mal ziemlich merkwürdig anhört. Es bedeutet, dass die Gleichungen sich nicht ändern, wenn man etwa das Koordinatensystem spiegelt oder dreht, das Vorzeichen einer elektrischen Ladung vertauscht oder den Verlauf der Zeit umdreht.
Die Mathematikerin Emmy Noether erkannte, dass jede dieser spezifischen Symmetrien mit einer sogenannten Erhaltungsgröße zusammenhängt. Sind Gleichungen bezüglich der Zeit symmetrisch, bleibt zum Beispiel die Energie des Gesamtsystems erhalten.
Je nach betrachteter Kraft gelten andere Symmetrien und damit Erhaltungssätze im Standardmodell. So muss zum Beispiel die Zahl der Leptonen erhalten bleiben. Weil bei dem Beta-Zerfall ein Lepton – das Elektron – entsteht, muss auch ein Antilepton bei dem Prozess frei werden: Das ist ein Antineutrino.
Antimaterie
Anti-Materie unterscheidet sich von gewöhnlicher Materie eigentlich nur in einer Quantenzahl – das Anti-Materie-Äquivalent eines Elektrons etwa ist ein Teilchen mit derselben Masse, demselben Spin, aber der entgegengesetzten Ladung: das Positron. Treffen Anti-Teilchen und Teilchen aufeinander, löschen sie sich gegenseitig unter Abgabe von Strahlungsenergie aus.
Eigentlich sollte das auch beim Urknall geschehen sein. Materie und Antimaterie hätten zu gleichen Teilen entstanden sein müssen – und einander komplett auslöschen müssen. Das Universum besteht jedoch aus Materie.
CP-Verletzung
CP-Symmetrie bezieht sich auf eine Vertauschung von Ladung und eine Spiegelung des Koordinatensystems. Wenn die Gleichungen einer Kernkraft sich nach diesen beiden Operationen nicht ändern, wird sie CP-invariant genannt.
Laut dem Standardmodell ist die starke Wechselwirkung, also die Kraft, die Quarks zusammenhält, nicht CP-invariant. Das bedeutet, dass Materie und Antimaterie sich beim Zerfall unterschiedlich verhalten müssten.
Kosmologische Modelle gehen davon aus, dass Materie und Antimaterie beim Urknall in gleichen Mengen entstanden sind, aber im heutigen Universum scheint Materie gegenüber Antimaterie zu dominieren. Dieses Ungleichgewicht wird vermutlich durch Unterschiede im Verhalten von Materie und Antimaterie verursacht: der CP-Verletzung.
Was bedeutet das nun?
Der theoretisch vorgesagte und jetzt beobachtete Unterschied zwischen Materie und Antimaterie bestätigt erst einmal das Standardmodell der Teilchenphysik. Aber er beantwortet nicht die Frage, warum nach dem Urknall nur Materie übrig geblieben zu sein scheint.
Und er wirft weitere Fragen auf: Zum Beispiel, warum es so schwierig ist, diese Asymmetrie zu beobachten, und warum sie mit so geringer Wahrscheinlichkeit auftritt. Denn die vom Standardmodell vorhergesagte CP-Verletzung ist um viele Größenordnungen zu gering, um die im Universum beobachtete Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie zu erklären.
Dies deutet auf die Existenz neuer Quellen der CP-Verletzung hin, die über die vom Standardmodell vorhergesagten hinausgehen. Die Suche nach diesen Quellen ist ein wichtiger Teil des LHC-Physikprogramms und soll an zukünftigen Teilchenbeschleunigern, die den LHC ablösen könnten, fortgesetzt werden.
Dieser Beitrag ist zuerst bei t3n.de erschienen.
(wst)
Künstliche Intelligenz
Metas neue VR-Prototypen loten die Grenzen der Technik aus
Forscher von Meta Reality Labs Research haben im Vorfeld der Computergrafik-Konferenz SIGGRAPH angekündigt, drei neue Headset-Prototypen vorzustellen und erste Details zu den Geräten veröffentlicht.
Die ersten beiden Prototypen bieten ein horizontales Sichtfeld von rund 180 Grad. Das ist ein deutlicher Sprung im Vergleich zu handelsüblichen VR-Brillen wie Apple Vision Pro und Meta Quest 3, die ein Sichtfeld von 100 beziehungsweise 110 Grad erreichen.
Ein Blick durch Metas Wide-FOV-Prototyp offenbart deutlich mehr von der realen Umgebung als Quest 3.
(Bild: Meta Reality Labs Research)
Bemerkenswert ist, dass Meta das weite Sichtfeld in einem relativ kompakten Gehäuse realisiert, vergleichbar mit den oben genannten Headsets. Andere VR-Systeme mit ähnlich weitem Sichtfeld sind in der Regel deutlich voluminöser und für industrielle und simulationsbezogene Anwendungen ausgelegt.
Der erste dieser beiden Prototypen ist ausschließlich für Virtual Reality ausgelegt, während der zweite Passthrough unterstützt und sich damit für Mixed-Reality-Anwendungen eignet. Zum Einsatz kommen spezielle Kameras mit 80 Megapixeln bei 60 Bildern pro Sekunde. Zum Vergleich: Meta Quest 3 nutzt Kameras mit 4 Megapixeln für das Passthrough, bei Apple Vision Pro sind es rund 6,5 Megapixel. Metas MR-Prototyp dürfte damit auch in Sachen Passthrough-Schärfe neue Maßstäbe setzen.
Beide Headsets verwenden ein spezielles optisches System mit stark gekrümmten Polarisatoren, um das weite Sichtfeld bei gleichzeitig kompakter Bauweise zu ermöglichen.
Dritter Prototyp mit extrem hoher Pixeldichte
Metas dritter Headset-Prototyp, von dem bislang kein Bildmaterial vorliegt, verschiebt die Grenzen in Sachen Pixeldichte.
Pixeldichte wird in PPD („Pixels per Degree“) gemessen, also der Anzahl an Bildpunkten, die auf einem einzigen Grad des horizontalen Sichtfelds dargestellt werden. In der VR-Branche gilt ein PPD-Wert von 60 als Schwelle zur „Retina-Auflösung“, also dem Punkt, an dem das menschliche Auge keine einzelnen Pixel mehr wahrnimmt. Tatsächlich ist das Sehvermögen des Menschen aber deutlich leistungsfähiger: Unter optimalen Bedingungen lassen sich Unterschiede bis zu 120 PPD erkennen.
Handelsübliche Geräte wie die Meta Quest 3 und die Apple Vision Pro liegen mit 25 bzw. 34 PPD noch deutlich unterhalb der Retina-Auflösung. Metas neuer Prototyp erreicht hingegen 90 PPD, ein neuer Spitzenwert, auch wenn bislang unklar ist, wie groß sein Sichtfeld ausfällt. Ein früherer Prototyp mit Namen Butterscotch erreichte 55 PPD bei einem Sichtfeld, das halb so groß ist wie das der Quest 2. Im kommerziellen Bereich bieten Varjos Industrie-Headsets der XR-4-Serie eine vergleichbare Pixeldichte von 51 PPD.
VR-Headsets mit extrem weitem Sichtfeld sind meist voluminös gebaut, zulasten des Tragekomforts und der sozialen Akzeptanz.
(Bild: Pimax)
Das Display des dritten Prototyps zeichnet sich zudem durch eine hohe Leuchtstärke von 1.400 Nits aus, etwa vierzehnmal so viel wie bei der Meta Quest 3 und der Apple Vision Pro.
Mehr Einzelheiten wird es voraussichtlich auf der SIGGRAPH 2025 geben, wo Reality Labs Research die Geräte präsentieren und ausstellen wird. So heißt es zumindest in den veröffentlichten Abstracts Wide Field-of-View Mixed Reality und Hyperrealistic VR.
Kommerzielle Produkte dieser Art sollte man allerdings nicht erwarten, jedenfalls nicht so bald. Meta bezeichnet solche Prototypen als „Zeitmaschinen“, die zeigen sollen, wie sich bestimmte technische Eigenschaften im maximalen Ausbau auf das Nutzererlebnis auswirken. Die gewonnenen Erkenntnisse fließen anschließend in die weitere Forschung und Entwicklung, ohne dass unmittelbar Produkte daraus entstehen.
(tobe)
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Materieller Schaden nach Angriff auf Polizei-Server weiter unklar
Die Cyberattacke auf einen Server für Polizei-Diensthandys wird im Landtag von Mecklenburg-Vorpommern weiterhin lebhaft diskutiert. Die Oppositionsparteien CDU und AfD erneuerten in Schwerin ihre Forderungen nach konsequenter Aufklärung der Hintergründe. Damit die IT der Polizei künftig besser geschützt ist, fordern sie technische Konsequenzen. Allerdings fanden weder der Maßnahmenkatalog der CDU noch die Forderung der AfD nach Einsetzung eines Sonderermittlers eine Mehrheit im Parlament.
Innenminister Christian Pegel (SPD) räumte erneut ein, dass Defizite im internen Meldesystem den Erfolg des Hackerangriffs begünstigt hatten. Warnhinweise zu Lücken in der Betreibersoftware des Servers für die Polizei-Handys seien mit deutlicher Verzögerung bei den zuständigen Stellen im Land angekommen. Gegenmaßnahmen seien so zu spät erfolgt. „Wir werden, und das ist unstreitig, in der Landespolizei künftig durch weitergehende organisatorische Absicherungen sicherstellen müssen, dass solche Warnmeldungen die zuständigen Beteiligten sicher erreichen“, sagte Pegel.
Server nicht mehr nutzbar
Nach seinen Angaben arbeitet eine Task Force aus Computerspezialisten des Landeskriminalamtes (LKA) weiterhin daran, Wege, Umfang und Auswirkungen des vermutlich von China aus erfolgten Hackerangriffs zu ermitteln. Der infiltrierte Server werde ersetzt, da nicht ausgeschlossen werden könne, dass dort dauerhaft Schadsoftware installiert wurde, die einen illegalen Datenabfluss ermöglicht.
Unklar sei auch noch, ob tatsächlich Daten abgegriffen wurden, sagte Pegel. Immerhin sei sicher, dass keine sensiblen Ermittlungsakten nach außen gelangten, da diese auf besonders gesicherten, separaten Servern lägen. Zurzeit werde weiter untersucht, welche Auswirkungen der Hackerangriff auf die Polizei-Handys hatte, die aktuell nicht verwendet werden. Falls die rund 4000 Smartphones aus Sicherheitsgründen ersetzt werden müssen, ginge der Schaden in die Millionen. Für den neuen Server ist laut Pegel ein „niedriger sechsstelliger Betrag“ erforderlich.
Kritik von der Opposition
Die CDU-Abgeordnete Ann Christin von Allwörden warf der Landesregierung vor, unzureichend auf Hinweise zu „Defiziten in der IT-Sicherheitsarchitektur“ reagiert zu haben. Schwachstellen seien offenkundig nicht beseitigt worden. Allwörden forderte, die IT-Sicherheitsorgane im Land sowohl personell als auch technisch angemessen auszustatten. Zudem müsse das Frühwarnsystem zur Erkennung und Abwehr von Cyberangriffen verbessert werden.
Jens-Holger Schneider von der AfD äußerte Zweifel daran, dass LKA-Mitarbeiter als Unterstellte des Innenministeriums völlig unabhängig an der Aufklärung möglicher Fehler arbeiten könnten. Um alle Defizite aufzudecken und das Vertrauen in die IT-Sicherheit bei der Polizei wieder herzustellen, sei ein unabhängiger externer Sonderermittler nötig.
Anfang Juni hatte das Innenministerium über den Hackerangriff berichtet – über den Server, der die Polizei-Handys, die sogenannten mPol-Geräte, vernetzt. Mit den Handys können Streifenbeamte laut Ministerium telefonieren, Mails empfangen und verschicken, online Fahrzeughalter abfragen und Ausweispapiere prüfen. Zudem war auch die private Nutzung erlaubt. Ob das auch künftig so sein wird, werde geprüft, sagte Pegel.
(dwi)
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iX-Workshop: OWASP® Top 10 – Sicherheitsrisiken für Webanwendungen verstehen
Über die häufigsten Sicherheitslücken in Webanwendungen informiert das Open Web Application Security Project (OWASP®) in seinen Top Ten Web Application Security Risks.
Im iX-Workshop OWASP Top 10®: Kritische Sicherheitsrisiken für Webanwendungen verstehen erklärt und demonstriert Björn Kaidel die Schwachstellen aus der Top-10-Rangliste und ihre Auswirkungen. Sie lernen dabei nicht nur die Risiken kennen, sondern erfahren auch, wie Sie Schwachstellen in der eigenen IT aufspüren und beheben können, um sich so bestmöglich gegen Cyberattacken und Datendiebstahl zu schützen.
September 16.09. – 17.09.2025 |
Online-Workshop, 09:00 – 12:30 Uhr 10 % Frühbucher-Rabatt bis zum 18. Aug. 2025 |
November 25.11. – 26.11.2025 |
Online-Workshop, 09:00 – 12:30 Uhr 10 % Frühbucher-Rabatt bis zum 27. Okt. 2025 |
Sicherheitsexperte Björn Kaidel arbeitet bei der secuvera GmbH in den Bereichen Penetrationstests und Prüfstelle, wo er unter anderem eine Sicherheitsmethodik für einen internationalen Großkunden mitentwickelt und Produktprüfungen durchgeführt hat.
Der Workshop schult und sensibilisiert Entwickelnde, Product Owner, Scrum Master, Sicherheitsverantwortliche, Architekten und Administrierende für gängige Schwachstellen und empfohlene Gegenmaßnahmen.
(ilk)
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