VP_08 - Dunkle Materie mit Schulmitteln: Erklärung durch Quantenphysik und Gravitation


Leiter: Dr. Hans-Otto Carmesin
Datum: 19.11.2018
Dauer: 11:00 - 11:45 Uhr
Plätze:noch 99 Plätze frei
 
Lernende der Jugend forscht - AG der Klassenstufen 9-12 haben 2017 die Ära der kosmischen Inflation im Rahmen der Quantenphysik und Gravitation modelliert. Dabei sind sie vom kosmologischen Prinzip ausgegangen, also von der Homogenität und Isotropie des Raums. Erst untersuchten sie die Bewegung von Sternen um das Zentrum der Milchstraße. Diese Bewegung sollte durch die Gravitation der Materie der Milchstraße erklärbar sein. Allerdings ist diese Materie anscheinend um den Faktor fünf zu klein. Somit sollte es unsichtbare Materie geben, dunkle Materie. Sie macht etwa 80 % der gesamten Materie aus. Aber was ist das für eine Materie? Die Lernenden gingen von der Modellierung der kosmischen Inflation durch homogene Zustände aus. Das wird verallgemeinert: Wir modellierten in innovativer Weise heterogene Lösungen. Zweitens untersuchten wir innovativ mithilfe einer Extremwertanalyse die stabilsten heterogenen Lösungen. Sie erhielten extrem kompakte Kugeln in acht Raumdimensionen: Neuartige Elementarteilchen mit spezifischer Masse und Radius, die nur mit Gravitation wechselwirken – also dunkle Elementarteilchen. Aber wie überprüft man den Zusammenhang zu dunklen Materie. Drittens untersuchten wir mit Übergangsraten die Gesamtmasse der pro Referenzmasse so entstehenden Elementarteilchen: Diese stimmt auf 0,58 % mit der entsprechenden beobachteten Masse überein. Dabei werden alle Ergebnisse alleine mithilfe der drei grundlegenden Naturkonstanten Gravitationskonstante G, Lichtgeschwindigkeit c und Planck’sches Wirkungsquantum h berechnet. Dabei erweitern die Lernenden auch die prozessbezogenen Kompetenzen Modellbildung, Erkenntnisgewinnung und Problemlösen. Ich berichte über Grundlagen (H.-O. Carmesin (2018) Entstehung dunkler Materie mit Gravitation – Model for the Dynamics of Space and the Emergence of Dark Matter. Berlin, Verlag Dr. Köster.), Lernvoraussetzungen, Binnendifferenzierung und Erfahrungen aus dem Unterricht.