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)
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heise+ Update vom 05. September 2025: Lesetipps zum Wochenende
Liebe Leserinnen und Leser,
Sonntagabend ist es soweit: In ganz Deutschland ist eine totale Mondfinsternis zu sehen. Zirka eine Stunde lang leuchtet er als Blutmond am Himmel – das allerdings kurz nach seinem Aufgang und damit sehr tief am vergleichsweise hellen Horizont. Es ist also gar nicht so einfach, das beeindruckende Schauspiel gut zu sehen, geschweigedenn gut zu fotografieren.
Wer sich allerdings gut auf das Spektakel vorbereitet, hat gute Karten, ansprechende Fotos zu schießen. Dafür brauchen Sie eine Kamera mit einem ordentlichen Teleobjektiv, ein stabiles Stativ und ein wenig Wissen um passende manuelle Einstellungen. Unser Artikel liefert die relevanten Infos – nach der Lektüre steht einem erfolgreichen Mondabend nichts mehr im Wege (ok, das Wetter vielleicht, aber da sind wir an dieser Stelle mal optimistisch).
Das war die Leseprobe unseres heise-Plus-Artikels „heise+ Update vom 05. September 2025: Lesetipps zum Wochenende“.
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Microsoft zieht Bilanz: Windows-Treiberentwicklung mit Rust
Microsoft integriert Rust schrittweise in den Windows-Kernel und stellt auch die Windows-Treiber-Entwicklung schrittweise um. Microsoft zieht eine Zwischenbilanz.
Aufgrund der Komplexität der Windows-Kernel-API wird es zwar noch einige Zeit in Anspruch nehmen, bis der gesamte Rust-Designprozess abgeschlossen ist, so Microsoft in einem Blogpost des Surface-Entwicklerteams, der den aktuellen Stand der Windows-Treiberprogrammierung mit Rust zusammenfasst. Dranbleiben will die Firma aber auf jeden Fall, denn für Microsoft stellen speichersichere Sprachen wie Rust die Zukunft der sicheren Softwareentwicklung dar. Auch deshalb, weil die Sicherheitslandschaft Zuverlässigkeit und Sicherheitsgarantien auf jeder Ebene erfordere.
Gegenwärtig können Rust-Programmiererinnen und -Programmierer, die das von Microsoft bereitgestellte GitHub-Repository des Rust-Projekts (windows-drivers-rs) importieren, dieselben Bibliotheken und Header im Windows Driver Kit (WDK) nutzen wie C-Entwickler. Außerdem haben sie damit Zugriff auf alle Device Driver Interfaces (DDI), die es zum Erstellen eines Windows-Treibers im User- und Kernel-Mode braucht. Mit dem Tool cargo-wdk soll beides nun komfortabler funktionieren.
Visual Studio als Vorbild: cargo-wdk für Rust
In Microsoft Visual Studio stehen verschiedene Vorlagen bereit, um Windows-Treiber in C zu schreiben. Um die Entwicklung mit Rust ähnlich einfach zu machen, hat Microsoft jetzt die Cargo-Erweiterung cargo-wdk vorgestellt. Mit ihr lassen sich leere Treiberprojekte anlegen, die bereits alle erforderlichen Verknüpfungen, Build-Schritte und Abhängigkeiten mitbringen. Zudem kann cargo-wdk – ähnlich wie bei der Erstellung eines Treibers in C in Visual Studio – WDK-Tools wie InfVerif aufrufen.
Die Cargo-Erweiterung cargo-wdk im Einsatz.
(Bild: Microsoft)
Wie cargo-wdk funktioniert, demonstriert Microsoft an einem Beispiel. Darin erstellen Entwicker mit cargo wdk new –kmdf
eine KMDF-Treibervorlage. Mit Eingabe von cargo wdk build
lässt cargo-wdk dann das InfVerif-Tool über die INF-Datei des Treibers laufen und zeigt dabei ähnlich wie in Visual Studio alle gefundenen Fehler an. Im Beispiel wird die INF-Datei schließlich korrigiert, cargo-wdk erneut ausgeführt und so sichergestellt, dass der Treiber mit den entsprechenden Zertifikaten versehen ist.
Mittelfristig will das Team cargo-wdk um Features wie automatische WDK-Installationen, die Unterstützung für NT_TARGET_VERSION, zusätzliche Treibervorlagen und eine volle ARM64-Unterstützung ergänzen. Langfristig plant Microsoft, Programmiererinnen und Programmierern in einer Cargo-Umgebung Zugriff auf dieselben Build-Tools und Konfigurationsoptionen zu bieten wie in Visual Studio.
Neben cargo-wdk enthält das Repo noch folgende Crates:
- wdk-build: Eine Bibliothek zum Konfigurieren eines Cargo-Build-Skripts, das Downstream-Linking des WDK durchführt und Rust-Bindings generiert.
- wdk-sys: Direkte FFI-Bindings zu APIs im WDK verfügbar sind.
- wdk: Sichere idiomatische Bindings zu APIs, die im WDK verfügbar sind.
- wdk-panic: Standardimplementierung von Panic-Handlern für mit dem WDK erstellte Programme
- wdk-alloc: Ein globaler Allocator für die Treiber.
- wdk-macros: Eine Sammlung von Makros, die die Interaktion mit den direkten Bindings von wdk-sys erleichtern.
Von unsicherem Rust zu sicherem Rust
Derzeit umfasst windows-drivers-rs zwar alle Bausteine, um Rust-Treiber für Windows zu programmieren, allerdings sind immer noch erhebliche Mengen an unsafe Rust-Code nötig. Auch unsicheres Rust bietet laut Blog Vorteile, wie starke eine Typprüfung, Zero Cost Abstractions und eine gute Kompatibilität durch das Foreign Function Interface (FFI). Auf lange Sicht soll es Entwicklern aber möglich sein, den Großteil eines Windows-Treibers sicher zu schreiben.
Dazu will Microsoft das Typsystem und den Borrow-Checker von Rust nutzen, um bestimmte Arten von Fehlern zu verhindern, die sich bisher nur durch zusätzliche statische Analysen erkennen lassen. Zudem soll der Umfang des Repositorys kontinuierlich weiter ausgebaut werden. Außerdem soll es sichere Abstraktionen für Kernel-Mode-Strukturen und DDIs geben, um die Anzahl der benötigten unsicheren Codeblöcke zu reduzieren und die Sicherheit schon während der Kompilierzeit zu erhöhen.
Neben dem Surface-Team sind auch andere Abteilungen bei Microsoft damit beschäftigt, sichere Strukturen und APIs zu entwickeln. Diese gehen über das Windows Driver Framework (WDF) hinaus und lassen sich sowohl in der Kernel-Entwicklung von Windows als auch von Drittanbietern in der Treiberentwicklung einsetzen. Einige dieser Arbeiten sind bereits heute im Windows-Kernel enthalten.
(who)
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Vorstellung BMW iX3: Auftakt zur Kernerneuerung
Der iX3 dürfte zu den automobilen Neuerscheinungen des Jahres gehören, denen eine gehobene Aufmerksamkeit entgegenschlägt. BMW, auch bisher schon die im Sektor Elektromobilität erfolgreichste deutsche Premium-Marke, will sich elektrisch komplett neu erfinden und gleichzeitig genau sie selbst bleiben: Hersteller luxuriöser Fahrzeuge mit sportlichem Anspruch und der sprichwörtlichen Freude am Fahren. Der iX3 ist der erste BMW, welcher auf der Plattform der „Neuen Klasse“ basiert, für die die Marke seit geraumer Zeit, auch medial, Anlauf nimmt. Einige technische Eckdaten sind tatsächlich beeindruckend.
Wichtigste BMW-Baureihe
Die 3er-Reihe und ihre Setzlinge (X3, 4er etc.) stehen nicht nur in der äußeren Wahrnehmung für BMW. Diese Fahrzeuge sind auch diejenigen, mit denen BMW das meiste Geld verdient. Ein floppender 3er oder X3 könnte das ganze Unternehmen in Schieflage bringen. Dementsprechend nervös dürfte man in München sein. Dass der elektrische D-Segment-SUV iX3 das erste Fahrzeug der Neuen Klasse ist, liegt an der globalen Popularität des Formats SUV. BMW geht davon aus, dass der Trend weg vom klassischen 3er oder 3er Touring hin zum X3 in Zukunft eher zunimmt. Dennoch werden auf dieser Plattform diverse Ableger folgen, darunter ab 2026 auch eine Limousine.

BMW
)
60er-Reminiszenzen
Rein optisch kann man tatsächlich das Experiment durchaus als gelungen betrachten, einen Hauch Neue-Klasse-Reminiszenz – insbesondere an den BMW 2000 ab 1966 – in ein bullig-modernes SUV zu zaubern. Die Front zitiert, genauso wie der Opel Vizor, durch Lichteffekte die Front von 60er-Jahre-Fahrzeugen. Gott sei Dank erschien wohl die bisherige Nierenschwellung selbst den BMW-Designern als Sackgasse. Äußerlich hätte es also schlimmer kommen können, denke ich. Zumal gerade BMW in den vergangenen Jahren mitunter, nun ja, nassforsch gestaltete.
Display entlang der Windschutzscheibe
Im Interieur schlägt die Innovation dann allerdings gnadenlos zu. Das neue Panoramic Vision iDrive mit teilweise frei wählbaren Anzeigeinhalten auf einem schmalen Display zwischen den beiden A-Säulen wurde in der Presse schon vielfach besprochen. Der erste Eindruck hinter dem eckigen Lenkrad mutet an wie ein später Ritterschlag der Macher des PSA-i-Cockpits. Ob BMW für diese Gestaltung nun Anerkennung oder Schelte verdient, liegt sicher im Auge des Betrachters. Mutlosigkeit aber kann man den Machern zumindest nicht unterstellen, denn diese Neuaufteilung wird fraglos polarisieren.
Lenkrad als Viereck
Das „Lenkrad“, man muss es bei dieser Form in Anführungszeichen setzen, bemüht sich um Andersartigkeit. Zwei Speichen oben, zwei unten, in der Mitte mit hohem Aufwand ein Nichts – ein wenig ratlos lässt einen das schon zurück. Die beiden neben der Prallplatte integrierten Bedienungssatelliten sollen dadurch die Bedienung erleichtern, dass nur diejenigen Felder illuminiert sind, die man als nächstes braucht – wenn sich die KI nicht täuscht. Wobei BMW für sich verbuchen kann, in dieser Hinsicht meist Nägel mit Köpfen zu machen. Wie gut die Logik in der Praxis funktioniert, muss sich genau dort erweisen.

Displays mit Effekten
Ein vergrößertes Head-up-Display, das sich mit 3D-Effekten auf die Fahrbahn legt, wird sicherlich in Ergänzung zu Panoramic Vision iDrive dazu beitragen, dass der Fokus des Fahrers noch mehr als bisher auf der Fahrbahn bleibt. Das große Zentral-Display, das in der auf- bis ausgeräumten Cockpitlandschaft wie ein Solitär wirkt, ist in ein linkshängendes Trapez gebürstet, was man befremdlich finden kann. Dass es aus dem mit Stoff bespannten Nichts auch noch rausleuchtet wie durch eine leicht löchrige Decke, kann man auch hübsch finden, muss man aber nicht.
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