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Zerfall von Antimaterie löst Physik-Rätsel: Warum die Beobachtung wichtig ist


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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.

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.

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.

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.

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.

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-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.

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)



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Lichtspiele und Bickwinkel: Die Bilder der Woche 29


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Technische Raffinesse und kreatives Auge treffen aufeinander: Ein flüchtiger Moment im Schnabel eines Eisvogels, geometrische Strukturen aus Holz und Stahl oder das farbenfrohe Spektakel eines Silvesterhimmels. Die ausgewählten Aufnahmen zeigen, wie unterschiedlich Fotografie wirken kann. Jedes Bild bringt eine eigene Sicht auf die Welt mit und lädt dazu ein, Bekanntes neu zu entdecken.


Das Titelbild der Ausgabe 04 2025 des Foto-Magazins c't Fotografie

Das Titelbild der Ausgabe 04 2025 des Foto-Magazins c't Fotografie



Irres FarbSpiel

(Bild: Redfox 0070)

Ein weiter Blick über das ruhige Meer, der Horizont teilt Himmel und Wasser in dramatisches Licht und tiefe Schatten. Die untergehende Sonne färbt die Wolken in intensiven Orangetönen, während der Himmel darüber in ein kühles Violett und Dunkelblau übergeht. Die Wellen rollen sanft an den dunklen Strand, dessen nasser Sand das letzte Licht reflektiert. Fußspuren ziehen sich durch den Vordergrund, ansonsten ist die Szene menschenleer. Die Bildkomposition von redfox 0070 lebt vom starken Kontrast zwischen Licht und Dunkel sowie der Weite, die sich hier eindrucksvoll entfaltet.



(Bild: Pham Nuwem)

Nahaufnahme eines Eisvogels auf einem Ast: Das Gefieder leuchtet in sattem Blau und rostigem Orange. Im Schnabel hält er einen kleinen, silbrig glänzenden Fisch, dessen Schuppen das Licht reflektieren. Die Schärfe liegt präzise auf dem Auge des Vogels und der Beute, während der Hintergrund in tiefes Schwarz abfällt. Es wurde im perfekten Moment zwischen Jagderfolg und Abflug ausgelöst.

Stefan Weber berichtet über die Bildentstehung: „Das Foto entstand aus einem Blind (also geplant) mit bekanntem Standort des Eisvogels beziehungsweise dessen Nesthöhle. Wie bei jeder Tierfotografie spielen somit das Glück und die Geduld eine Hauptrolle. Dass sich der Eisvogel so schön präsentiert und zu dem frühen Zeitpunkt bereits so große Jungvögel hatte, war nicht zu erwarten gewesen. Erfahrungsgemäß wäre damit erst ein bis zwei Wochen später zu rechnen gewesen.“



Perspektive aus Holz und Stahl

(Bild: strukturblick)

Architektonisches Motiv mit starker Linienführung. Der Blick geht senkrecht nach oben an einer spitz zulaufenden Holzkonstruktion entlang. Die symmetrischen Dachkanten des Gebäudes schneiden sich in der Bildmitte fast wie ein Pfeil, der in den Himmel zeigt. Umrahmt wird das Ganze von aufgelockerten Wolken. Eine spannungsreiche Komposition von Strukturblick aus Form, Material und Perspektive von Mike_FJ



falki 50

(Bild: falki 50)

Zufallsfund am frühen Morgen, zwei Fliegen von falki 50 „in Flagranti“ erwischt, sie sitzen auf einem Grashalm. Was im Alltag unscheinbar ist, wird hier zur spektakulären Makroaufnahme. Die Körper sind mit zahllosen Tautropfen bedeckt, die wie kleine Linsen wirken und Details vergrößert abbilden. Die Flügel erscheinen gläsern, die leuchtend roten Facettenaugen stechen besonders hervor. Der türkisfarbene Hintergrund sorgt für eine klare Trennung vom Motiv – ein technisches und gestalterisches Highlight.

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Silvester Skyline

(Bild: Stephan Strange)

Ein Feuerwerk der Farben über der nächtlichen Skyline Frankfurts. Hunderte Lichtspuren explodieren über den Hochhäusern. Im Vordergrund spannt sich die stählerne Brücke über den Main, auf ihr versammeln sich Menschen, die das Spektakel verfolgen. Das Wasser spiegelt die bunten Explosionen in Rot, Grün und Gold, während sich Rauchschwaden über den Fluss legen. Stephan Strange hat die Stadt lebendig und pulsierend, in einem Moment zwischen Lärm und Staunen eingefangen.



Rudern am Lago Maggiore …

(Bild: tpau17)

Wenn die Sonne untergeht, ein schöner Sommertag sich dem Ende neigt und man die Ruhe im Ruderboot genießt, dann ist man dem DolceVita sehr nahe, so tpau17. Ein einzelner Ruderer gleitet über die glatte Wasseroberfläche, gebettet in das warme Licht eines goldenen Sonnenuntergangs. Im Hintergrund staffeln sich dunkle Bergsilhouetten, die im Dunst verschwimmen. Die gesamte Szene ist in ein intensives Orange getaucht – Wasser, Himmel, Berge verschmelzen zu einer harmonischen Farbfläche, eine stille Komposition.



Der Würfel ist gesetzt

(Bild: metapix)

Das berühmte Brüsseler Wahrzeichen erscheint hier in reduziertem Schwarzweiß. Der Himmel ist fast weiß ausgebrannt, ein Kontrast, der die glänzenden Kugeln und klaren Linien des Bauwerks stärker hervorhebt. Die Perspektive von unten betont die monumentale Struktur und verleiht dem Bild grafische Kraft – ein Klassiker, von metapix neu interpretiert.

Alle Bilder der Woche finden Sie hier nochmal im Überblick:


Samstag: Irres FarbSpiel (Bild:

Redfox 0070

)


(caru)



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Nikon fixt Firmware, Canon zieht seine zurück – Fotonews der Woche 29/2025


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Wer fragt, bekommt Antwort. Und wer Nikon häufig fragt, bekommt schließlich nach zwei Wochen auch eine Antwort darauf, was denn die Warnhinweise bei aktuellen Firmware-Versionen der spiegellosen Z-Kameras wirklich bedeuten. Nämlich nicht, dass alle Kameras mit Expeed-7-Prozessor bei einem Update Fremdobjektive lahmlegen würden. Ja, das klingt noch verwirrender als die bisherigen Angaben des Unternehmens, daher ganz der Reihe nach.

Wie Nikon Deutschland heise online sagte, gab es lediglich bei der Z8 ein Problem, wenn auf dieser ein Objektiv eines Drittherstellers montiert war, während ein Firmware-Update vorgenommen wurde. Daher gibt es seit dieser Woche die Version 3.01 für die Z8, welche dieses Problem löst. Der Warnhinweis bleibt aber dauerhaft auf der Downloadseite stehen, weil Nikon laut eigenen Angaben nicht ausschließen kann, dass es bei Updates mit Fremdobjektiven in Zukunft Fehler gibt. Das gilt auch für die anderen Expeed-7-Kameras.

Im Einzelnen sind das Nikon Zf, Z50 II, Z5 II, Z6 III und Z8. Auf den Downloadseiten für diese Kameras findet sich der Hinweis nun einheitlich, nur bei der Z9 nicht. Auch sie arbeitet mit dem Expeed-7, sodass man wohl auch sie nicht mit einem Fremdobjektiv updaten sollte. Wenn man kein Nikkor oder einen FTZ-Adapter hat, kann man die Updates laut Nikon auch ganz ohne Objektiv durchführen. Und wer nur schnell die aktuellen Versionen im Überblick sehen möchte, findet sie für alle Nikons auf dieser Seite des Herstellers. Dort hat sich aber bis auf Version 3.01 für die Z8 in dieser Woche nichts getan.

Ganz anders bei Canon: Die hatten auf ihren internationalen Seiten die Firmware-Version 1.1.0 sowohl für die R1 als auch die eng verwandte R5 II veröffentlicht. Und umgehend wieder zurückgezogen. Aus maschinellen Übersetzungen eines Support-Hinweises von Canon geht nur hervor, dass es irgendein Kompatibilitätsproblem mit Speicherkarten über 2 TByte geben soll. Also dürfte das wohl kaum jemanden betroffen haben, denn die wenigen CFexpress-Karten mit 4 TByte kosten über 1000 Euro.

Einen Termin für korrigierte Firmware hat Canon noch nicht veröffentlicht. Zudem gab es Verwirrung um ein Echtheitssiegel nach CAI/C2PA – das war mit den Updates für die Profikameras auch erwartet worden. Wie Canon Petapixel sagte, ist das aber zumindest mit dem ersten großen Update für die beiden Flaggschiffe nicht geplant. Aus dem Hin und Her der letzten Wochen rund um Firmware sowohl bei Canon wie bei Nikon lässt sich immerhin eine alte Regel erneut bestätigen: Neue Firmware, für gleich welches Gerät, nur dann sofort installieren, wenn schwere Sicherheitslücken drohen. Ansonsten lohnt es sich, ein paar Wochen abzuwarten, bis eventuell andere auf Bugs gestoßen sind.

Die hat man hoffentlich bei Sonys neuer Kompaktkamera RX1R III vorerst nicht zu befürchten – für 4900 Euro darf man das immerhin erwarten. Ein Blick auf das Gerät und der Preis machen klar: hier handelt es sich um eine weitere Vertreterin der „Edelkompakten“, die seit Jahren im Trend liegen. 61 Megapixel, festes Zeiss-Objektiv mit 35 Millimetern Brennweite folgen den Vorgaben dieser Klasse. Den großen Sensor kann man mit festen Stufen auch bis äquivalent 50 oder 70 Millimeter „beschneiden“, um von solchen Brennweiten gewohnte Bildwinkel zu erhalten, alias Step-Crop. Alles Weitere zur neuen Nobel-Sony verrät unsere ausführliche Meldung.

Wer im Sommer, vielleicht auch im Urlaub, noch weniger Kamera mit sich herumtragen will, greift gleich zum Smartphone. Dabei hat maßgeblich Apple die Fototechnik im Telefon immer weiter vorangetrieben. Und deshalb gibt es auch immer mehr iPhone-Apps, die Sonderfunktionen wie echte Raw-Dateien oder die Nutzung von Front- und Hauptkamera für eine kombinierte Aufnahme erlauben. Für den Blick über den Tellerrand empfiehlt sich daher unser Long Read zum Wochenende „Vier Kamera-Apps für iPhone gegen Apples Kamera“. Denn die Drittanbieter-Apps müssen immer mit dem „Kamera“ genannten Programm von Apple selbst konkurrieren, das stetig verbessert wird.

In eine kurze Sommerpause verabschiedet sich damit auch unsere Kolumne. Wir sind am 9. August wieder für Sie da.

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(nie)



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Externe SSDs und anderer Flash-Speicher | c’t uplink


Sofern man keinen wirklich riesigen Speicherplatz braucht, sind SSDs auch für externe Speichermedien die erste Wahl: Festplatten sind überhaupt nur noch sinnvoll, wenn Kapazitäten oberhalb von 1-2 Terabyte möglichst günstig gefragt sind.


Logo mit dem Schriftzug "c't uplink – der Podcast aus Nerdistan"

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Den wöchentlichen c’t-Podcast c’t uplink gibt es …

Doch wie unterscheiden sich eigentlich verschiedene Flash-Speicherarten? Ist ein USB-Stick nur eine langsame und billige SSD oder gibt es spezifische technische Unterschiede? Warum sind microSD-Karten bei gleicher Kapazität meist ähnlich teuer wie einfache NVMe-SSDs, obwohl sie doch viel langsamer sind? Ist die Ausfallneigung von SD-Karten nur ein längst überholtes Klischee? Über diese und weitere Fragen, aber auch über unseren aktuellen Vergleichstest externer SSDs sprechen wir in dieser Folge des c’t uplink.

Zu Gast im Studio: Lutz Labs
Host: Jan Schüßler
Produktion: Ralf Taschke

► Den c’t-Vergleichstest externer SSDs lesen Sie bei heise+ (€).

In unserem WhatsApp-Kanal sortieren Torsten und Jan aus der Chefredaktion das Geschehen in der IT-Welt, fassen das Wichtigste zusammen und werfen einen Blick auf das, was unsere Kollegen gerade so vorbereiten.

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► c’t auf Papier: überall, wo es Zeitschriften gibt!


(jss)





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