Wie alles begann: Neue Theorie zur Geburt des Universums

Während gängige Theorien davon ausgehen, dass das frühe Universum kalt und nahezu leer war, beschreibt das neue Modell eine „warme Inflation“, bei der bereits während der Ausdehnung Energie in Form von Wärme vorhanden war. Diese Wärme entstand demnach durch Prozesse, die sich mit den bekannten Kräften und Teilchen des Standardmodells der Teilchenphysik erklären lassen. Das neue Konzept könnte sogar helfen, Dunkle Materie und die Geburt des Universums besser zu verstehen.

Ein Wärmebad aus Teilchen

Das Modell kommt weitgehend ohne hypothetische, exotische Teilchen oder neue Wechselwirkungen aus. Stattdessen genügt das Standardrepertoire der Teilchenphysik, um die physikalischen Prozesse der Inflation zu beschreiben. Damit rückt die Möglichkeit näher, die frühesten Momente des Universums experimentell auf der Erde nachvollziehen zu können, was ein Meilenstein für die moderne Kosmologie wäre.

Der kosmische Heizmechanismus

Ganz ohne kleine Ergänzung zum bekannten Standardmodell funktioniert das neue Szenario allerdings nicht. Eine entscheidende Rolle spielt dabei die sogenannte starke Kraft. Sie hält die Bausteine der Atomkerne, also Quarks, mithilfe von Gluonen zusammen.

Nach dem neuen Modell könnten diese Gluonen mit einem zusätzlichen Feld aus Axion-ähnlichen Teilchen wechselwirken. Solche Teilchen sind bisher noch nicht nachgewiesen, werden aber schon länger als mögliche Erklärung für offene Fragen in der Physik diskutiert – etwa für die Dunkle Materie. Durch diese Kopplung könnte Wärme entstehen, die das sich ausdehnende frühe Universum aufheizte und die „warme Inflation“ überhaupt erst ermöglichte.

Verbindung zur Dunklen Materie

Axionen sind nicht nur für die frühe Kosmologie von Interesse. Sie gelten auch als mögliche Kandidaten für die Dunkle Materie, deren Natur bislang eines der größten ungelösten Rätsel der Physik darstellt. Mehrere internationale Experimente versuchen, diese Teilchen nachzuweisen, darunter MADMAX, ein vom Max-Planck-Institut für Physik betriebenes Projekt.

Sollte sich das Modell bestätigen, würde es eine Brücke schlagen zwischen kosmologischer Frühgeschichte und Teilchenphysik im Labor – und damit eine der zentralen Fragen der modernen Physik beantworten.