Was bewirkt, dass das Universum immer schneller expandiert? Die Dunkle Energie, sagt man – aber was ist das? Physikern der TU Wien gelang es durch ein Experiment mit Neutronen, eine vorgeschlagene Erklärung so gut wie auszuschließen: Sie fanden keine Spuren von Symmetronen.
Vielleicht das Seltsamste im an Seltsamem nicht armen Weltbild der heutigen Physik ist die Dunkle Energie, die über zwei Drittel der Energie des Universums ausmachen soll. (Mehr als ein Viertel soll die – ebenfalls rätselhafte – Dunkle Materie stellen, für die „normale“, aus Atomen bestehende Materie bleiben kaum fünf Prozent.)
Die Dunkle Energie soll vor allem erklären, dass sich das sichtbare Universum nicht nur ausdehnt, sondern das auch immer schneller tut. Das sagen Astronomen seit 1998, damals schlossen sie es aus der Vermessung ferner Supernovas.
Energie des Vakuums?
Was ist diese Dunkle Energie, die das All auseinandertreibt? Woher kommt sie? Keiner weiß es. Die naheliegende Erklärung, sie als kosmologische Konstante (wie sie einst schon Einstein einführte) aus der Energie des Vakuums abzuleiten, scheitert daran, dass diese in allen Berechnungen um viele Größenordnungen zu groß herauskommt. „The small magnitude of the vacuum energy is troubling from a theoretical point of view“, schreiben Physiker um Hartmut Abele (Atominstitut der TU Wien) in der Zeitschrift "Nature Physics", eine Lösung des Problems sei es, „zusätzliche Skalarfelder einzuführen“.
Solche Skalarfelder – das sind Felder, die nicht wie Kraftfelder jedem Punkt des Raumes einen Vektor zuordnen, sondern nur eine schlichte Zahl; ein Beispiel wäre in der Meteorologie die Temperatur, im Gegensatz zum Vektorfeld der Winde – kann man mathematisch einführen, wenn sie aber die Wirklichkeit beschreiben sollen, muss man sie irgendwie messen können.
Neutronen zwischen Spiegeln
Das versuchten die Physiker der TU Wien mit Hilfe der Neutronenquelle des Institut Laue-Langevin in Grenoble, Frankreich: Sie schossen extrem langsame Neutronen zwischen zwei Spiegelplatten hindurch und maßen in großer Genauigkeit die Quantenzustände dieser Neutronen. An diesen müsste sich zeigen, wenn auf die Neutronen eine fünfte Kraft wirken würde.
Eine fünfte Kraft? Eine weitere Elementarkraft neben den vier bekannten (Gravitation, Elektromagnetismus, starke und schwache Kraft)? Wie kommt man denn darauf? War nicht nur die Rede von einem Skalarfeld? Nun, es geht zwar um ein solches, genauer: um ein sogenanntes Symmetronfeld.
Schuld sollte ein Symmetriebruch sein
Dieses Symmetronfeld soll bei hohen Energien und Dichten auch, wie der Name sagt, symmetrisch sein. Beim Abkühlen aber bricht seine Symmetrie – das ist ein in der theoretischen Physik häufiges Konzept, vergleichbar mit dem Gefrieren von Wasser, das als Eis weniger symmetrisch ist als im flüssigen Zustand. So ein Symmetriebruch soll bewirken, dass sich das Symmetronfeld in einer neuen Kraft äußert.
Wenn es dieses Feld denn gibt. Dann müsste es entsprechende Teilchen geben, wie es sich in einer Quantenfeldtheorie gehört. So gibt es zum elektromagnetischen Feld die Photonen, die Teilchen zum Symmetronfeld wären dann die Symmetronen.
Leider können die Physiker nicht einmal ungefähr sagen, welche Masse diese Teilchen haben oder wie stark sie mit anderen Teilchen wechselwirken sollen. Man kann nur durch Experimente ausschließen, dass es sie in einem bestimmten Massenbereich – und in einem bestimmten Bereich der Wechselwirkung – gibt. Genau das ist jetzt passiert, und zwar über ziemlich große Bereiche hinweg. Die Physiker fanden nichts, was auf eine fünfte Kraft schließen lässt.
Das ist nicht das endgültige Ende für die Symmetronentheorie – gewisse Schlupflöcher gibt es noch –, aber es sieht nicht gut aus für sie. Die Dunkle Energie bleibt also rätselhaft, ja: Sie ist rätselhafter denn je.