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Wie ist das Universum entstanden? Dazu gibt es eine Vielzahl von Theorien. In einer aktuellen Arbeit formulieren drei Wissenschaftler:innen ein neues Modell: Die Inflation, die erste, sehr schnelle Ausdehnung des Universums, ist demnach in einer warmen Umgebung aus bekannten Elementarteilchen abgelaufen. Außerdem spielt die starke Kraft, eine der fundamentalen Wechselwirkungen im Standardmodell der Teilchenphysik, eine zentrale Rolle. Damit besteht die Möglichkeit, die ersten Sekundenbruchteile des Universums auf der Erde zu messen.
Das von den Forschenden entworfene Modell basiert auf folgendem Szenario: Noch vor dem Urknall durchlief das Universum eine sehr kurze Phase der kosmischen Inflation. Gängige Hypothesen gehen davon aus, dass dieses frühe Universum kalt und leer war. Dies erfordert einen bislang unbekannten Prozess, der das später beobachtete heiße Plasma zündet – im Moment des eigentlichen Urknalls. Daneben gibt es auch Modelle für warme Inflation. Für diese Art der Inflation stellen die Autor:innen jetzt einen neuen Ansatz vor.
„Mit unserer Studie zeigen wir einen völlig neuen Weg für warme Inflation“, sagt Sebastian Zell, Wissenschaftler in der Abteilung „Kosmologie und Teilchenphysik“ am Max-Planck-Institut für Physik. „Schon während sich das frühe Universum ausgedehnt hat, könnte es in ein Wärmebad aus bekannten Elementarteilchen getaucht gewesen sein.“ Dieses Inflationsmodell hat gegenüber den bisher bekannten einen Vorteil: Es lässt sich weitgehend mit „Bordmitteln“, also gut untersuchten Teilchen und Kräften im Standardmodell erklären. Damit sind die ersten Momente des Universums für Messungen auf der Erde zugänglich.
Kopplung liefert Wärmeenergie
Allerdings kommt auch der jetzt vorgestellte Ansatz nicht ohne Erweiterung des Standardmodells aus: Gluonen, welche die starke Kraft in Atomkernen vermitteln, binden an ein Feld hypothetischer, Axion-ähnlicher Teilchen. „Die Kopplung dieser Teilchen an die starke Kraft liefert die Energie, um das expandierende Universum aufzuheizen“, erläutert Sebastian Zell. „Damit kann warme Inflation stattfinden.“
Die Existenz kosmischer Axionen oder verwandter Teilchen könnten mehrere offene Fragen der Teilchenphysik lösen. Ein Beispiel ist die Natur der Dunklen Materie. Daher arbeiten viele Experimente daran, diese Teilchen nachzuweisen. Eines davon ist MADMAX (Link), an dem das MPP federführend mitwirkt. „Angesichts dieser Bemühungen sehen wir eine realistische Chance, die warme Inflation in Zukunft experimentell zu überprüfen“, so Sebastian Zell abschließend.
Max-Planck-Institut für Physik
Dr. Sebastian Zell
+49 89 32354-334
Max-Planck-Institut für Physik
Prof. Dr. Georgi Dvali
+49 89 32354-306
Warm Inflation with the Standard Model
Kim V. Berghaus, Marco Drewes, Sebastian Zell
Phys. Rev. Lett. 135, 171002 – Published 23 October, 2025
DOI: https://doi.org/10.1103/9nn9-bsm9
Künstlerische Darstellung der Ausdehnung des Universums
Quelle: pixelparticle/iStock
Copyright: iStock
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten
Physik / Astronomie
überregional
Forschungsergebnisse
Deutsch
Künstlerische Darstellung der Ausdehnung des Universums
Quelle: pixelparticle/iStock
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