Quelle: Universität Bonn.

18. August 2021 – Eine internationale Studie unter Federführung der Universität Bonn hat in Beschleuniger-Daten Hinweise auf einen lang gesuchten Effekt gefunden. Die sogenannte „Dreiecks-Singularität“ beschreibt, wie Teilchen durch den Austausch von Quarks ihre Identität ändern und dabei ein neues Teilchen vortäuschen können. Der Mechanismus gibt auch neue Einblicke in ein Rätsel, das Teilchenphysiker schon lange umtreibt: Protonen, Neutronen und viele andere Teilchen sind viel schwerer, als man erwarten würde. Ursache sind Eigenheiten der starken Wechselwirkung, die die Quarks zusammenhält. Die Dreiecks-Singularität könnte dabei helfen, diese Eigenschaften besser zu verstehen. Die Publikation ist nun in den Physical Review Letters erschienen.

Die Forschenden analysierten in ihrer Studie Daten aus dem COMPASS-Experiment am europäischen Kernforschungszentrum CERN in Genf. Darin werden bestimmte Teilchen, Pionen genannt, auf extrem hohe Geschwindigkeiten gebracht und auf Wasserstoff-Atome geschossen.

Pionen bestehen aus zwei Bausteinen, einem Quark und einem Anti-Quark. Diese werden durch die starke Wechselwirkung zusammengehalten, ähnlich wie zwei Magnete, deren Pole sich anziehen. Wenn man Magnete voneinander entfernt, nimmt die Anziehung zwischen ihnen sukzessive ab. Bei der starken Wechselwirkung ist das anders: Sie steigt mit zunehmendem Abstand an, ähnlich wie die Zugkraft eines sich dehnenden Gummibands.

Der Aufprall des Pions auf den Wasserstoff-Kern ist jedoch so stark, dass dieses Gummiband reißt. Die in ihm gespeicherte „Dehnungs-Energie“ wird dabei auf einen Schlag frei. „Diese wird in Materie umgewandelt, wodurch neue Teilchen entstehen“, erklärt Prof. Dr. Bernhard Ketzer vom Helmholtz-Institut für Strahlen- und Kernphysik der Universität Bonn. „Mit derartigen Experimenten können wir also wichtige Informationen über die starke Wechselwirkung gewinnen.“

Ungewöhnliches Signal

Im Jahr 2015 registrierten die COMPASS-Detektoren nach einem solchen Crashtest ein ungewöhnliches Signal. Es schien darauf hinzudeuten, dass bei dem Zusammenprall für wenige Sekundenbruchteile ein exotisches neues Teilchen entstanden war. „Normalerweise bestehen Teilchen entweder aus drei Quarks — dazu zählen etwa die Protonen und Neutronen — oder aber wie die Pionen aus einem Quark und einem Antiquark“, sagt Ketzer. „Dieser neue kurzlebige Zwischenzustand schien dagegen aus vier Quarks zu bestehen.“

Zusammen mit seiner Arbeitsgruppe und Kollegen der TU München hat der Physiker die Daten nun einer neuen Analyse unterzogen. „Dabei konnten wir zeigen, dass sich das Signal auch anders erklären lässt — nämlich durch die besagte Dreiecks-Singularität“, betont er. Dieser Mechanismus wurde bereits in den 1950er Jahren vom russischen Physiker Lew Dawidowitsch Landau postuliert, bislang aber noch nicht direkt nachgewiesen.

Demnach entstand bei der Teilchenkollision keineswegs ein Vierer-Quark, sondern ein ganz normales Quark-Antiquark-Zwischenprodukt. Dieses zerfiel aber direkt wieder, allerdings auf ungewöhnliche Weise: „Dabei tauschten die beteiligten Partikel Quarks aus und änderten ihre Identität“, sagt Ketzer, der auch Mitglied im Transdisziplinären Forschungsbereich „Bausteine der Materie und fundamentale Wechselwirkungen“ (TRA Matter) ist. „Das resultierende Signal sieht dann exakt so aus wie das von einem Vierer-Quark mit einer anderen Masse.“ Es ist das erste Mal, dass eine solche Dreiecks-Singularität direkt als vermeintliches neues Teilchen in diesem Massenbereich nachgewiesen wurde. Interessant ist das Ergebnis auch deshalb, weil es neue Einblicke in die Natur der starken Wechselwirkung erlaubt.

Nur ein kleiner Teil der Proton-Masse ist durch Higgs-Mechanismus erklärbar

Protonen, Neutronen, Pionen und andere Teilchen (die sogenannten Hadronen) haben eine Masse. Sie wird ihnen durch den sogenannten Higgs-Mechanismus verliehen, aber offensichtlich nicht ausschließlich: Ein Proton ist rund 20 Mal massereicher, als man es allein mit dem Higgs-Mechanismus erklären kann. „Der Großteil der Masse der Hadronen kommt durch die starke Wechselwirkung zustande“, erklärt Ketzer. „Wie genau die Massen der Hadronen zustandekommen, ist allerdings noch nicht geklärt. Unsere Daten helfen uns, die Eigenschaften der starken Wechselwirkung besser zu verstehen – und vielleicht auch, auf welche Weise sie zur Masse von Teilchen beiträgt.“

Förderung:

Die Studie wurde unter anderem aus Mitteln des BMBF, des DFG-Exzellenzclusters „Ursprung und Struktur des Universums“, der EU (im Rahmen ihres 7. Forschungsrahmenprogramms) sowie von Fördereinrichtungen in Tschechien, Frankreich, Indien, Israel, Italien, Japan, Polen, Portugal, Russland, Taiwan und den USA finanziert.

Publikation:

G. D. Alexeev u.a.: Triangle singularity as the origin of the a1(1420); Physical Review Letters 127, 082501 (2021); DOI: 10.1103/PhysRevLett.127.082501

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Teilchenumwandlung

Der Beitrag Verwandlung im Teilchenzoo erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: GPS World. Vertont von Peter Rittinger.

Gegenwärtig befinden sich 10 chinesische Navigationssatelliten der zweiten Generation im All. Die der ersten Generation waren für Testzwecke gedacht und dafür, bestimmte Frequenzen zu besetzen. Jetzt aktiv sind 4 Satelliten im geostationären Orbit, 5 auf sogenannten inklinierten geosynchronen Bahnen und einer in einem mittleren Erdorbit um 21.500 km Höhe bei 55 Grad Bahnneigung.

Um eine Positionsbestimmung auf der Erde vornehmen zu können sind Signale von 4 Satelliten an verschiedenen Positionen am Himmel erforderlich. Dabei gilt prinzipiell: je verschiedener die Positionen sind, umso genauer wird das Verfahren. Ein Navigationssatellit sendet seine Position und ein sehr genaues Zeitsignal aus. Aus der Laufzeit des Signals zum Empfänger lässt sich der Abstand des Beobachters vom Satelliten berechnen. Auf der Erdeoberfläche könnte man diesen Abstand durch eine Kreislinie kennzeichnen. Die Kreislinien zweier Satelliten schneiden sich in 2 Punkten, die dreier Kreislinien in genau einem Punkt. Das Signal des 4. Satelliten ist notwendig, um die Zeitkoordinate festzulegen.

Beidou G1 und 4 befinden sich im Geostationären Orbit über Längengraden östlich von China, Beidou G2 und 3 westlich. Damit hat man schon mal 2 Positionen. Die Satelliten auf inklinierten Bahnen beschreiben am Himmel scheinbar Achten. Dabei befinden sich immer mindestens 2 Satelliten auf der nördlichen Schleife und mindestens 2 auf der südlichen. Damit ist das Navigationssystem in diesem Bereich der Erde bereits verfügbar, wenn auch die relative Häufung der Satellitenpositionen in einem gewissen Bereich für die Genauigkeit der Positionsbestimmung eher ungünstig ist. Gegenwärtig gibt man eine Ortsungenauigkeit von 25 Metern an (für zivile Signale).

Wie bei den anderen beiden weltweit verfügbaren Navigationssystemen GPS (USA) und GloNaSS (Russland) sollen in Zukunft 3 geneigte Bahnen in Höhen um 20.000 Kilometer den gesamten Globus umfassen, so dass stets weitere Signale von weiter entfernten Positionen in die Berechnungen einfließen können. Damit soll die Genauigkeit auf 10 Meter verbessert werden. Die erste Bahn soll bereits Ende nächsten Jahres besetzt sein.

Wenn es in diesem Tempo weitergeht, so könnte 2015 bereits das komplette System zur Verfügung stehen. Beidou 2A (mittlerer Orbit, MEO) wurde am 12. April 2007 gestartet, Beidou G2 (geostationärer Orbit, GEO) am 15. April 2009 und Beidou IGS1 am 31. Juli 2010. Mit der Inbetriebnahme von Beidou IGS 5 (Start am 1. Dezember 2011) ist die erste Ausbaustufe nun offenbar komplett.

Raumcon:

• Chinesisches Navigationssystem Kompass (Beidou)

Der Beitrag Beidou lokal einsatzbereit erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: CALT, Chinanews, Xinhua.

Der Start erfolgte um 21:20 Uhr MEZ von der Rampe LA-3 des Startgeländes Xichang (Xichang Satellite Launch Center, XSLC) in der südwestchinesischen Provinz Sichuan. Es handelte sich um einen Nachtstart, vor Ort war es zu diesem Zeitpunkt 4:20 Uhr und der 18. Dezember 2010 bereits angebrochen. Transportiert wurde der Satellit von einer dreistufigen Rakete des Typs Langer Marsch 3A (Chang Zheng-3A, CZ-3A). Sie flog die 134. Weltraummission einer Rakete aus der Serie Langer Marsch. Das von ihr ins All gebrachte Raumfahrzeug wird entsprechend seiner Bezeichnung Compass IGS2 auf einer inklinierten geosynchronen Bahn um die Erde ziehen. Es basiert auf dem Satellitenbus DFH-3, hat eine Masse von rund 2.200 Kilogramm und soll eine Auslegungsbetriebsdauer von acht Jahren erreichen.

Das chinesische Satellitennavigationssystem Compass wird, wenn die aktuellen Planungen umgesetzt werden, in seiner endgültigen Ausbaustufe einmal aus 35 Satelliten bestehen. Vorgesehen ist, dass 27 Satelliten auf Umlaufbahnen in mittlerer Höhe (ca. 21.500 km) in drei Ebenen um die Erde kreisen, fünf Raumfahrzeuge sollen auf Positionen im Geostationären Orbit arbeiten, und drei Trabanten will man auf inklinierten geosynchronen Bahnen, die bei 118 Grad östlicher Länge den Äquator kreuzen, einsetzen.

Im Jahr 2000 begann China mit dem Einsatz eigener Navigationssatelliten. Um dem Ziel der Unabhängigkeit vom US-amerikanischen GPS näher zu kommen, schickte man Ende 2000 zunächst zwei Satelliten zum Einsatz in einer Testkonstellation, Beidou genannt, ins All. 2003 und 2007 folgten zwei weitere Satelliten für das experimentelle System. Anschließend begann man mit dem Aufbau des Betriebsnetzes, das auch Beidou 2 genannt wird. Eine weltweite Abdeckung mit chinesischen Navigationssatelliten soll nach dem derzeitigem Planungsstand im Jahre 2020 erreicht sein.

Compass IGS2 ist katalogisiert mit der NORAD-Nr. 37.256 bzw. als COSPAR-Objekt 2010-068A.

Der Beitrag Chinesischer Navsat Compass IGS2 im All erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: calt.com, chinanews.com.cn, septentrio.com. Vertont von Peter Rittinger.

Der Start erfolgte um 17:53 Uhr MESZ vom Startgelände Xichang (Xichang Satellite Launch Center, XSLC) in der südwestchinesischen Provinz Sichuan. Es handelte sich um einen Nachtstart, vor Ort war es zu diesem Zeitpunkt 23:53 Uhr. Transportiert wurde der Satellit von einer dreistufigen Rakete des Typs Langer Marsch 3C (Chang Zheng-3C, CZ-3C). Sie flog die 124. Weltraummission einer Rakete aus der Serie Langer Marsch. Das von ihr ins All gebrachte Raumfahrzeug wird entsprechend seiner Bezeichnung Compass G3 eine Position im geostationären Orbit beziehen. Es basiert auf dem Satellitenbus DFH-3, hat eine Masse von rund 2.200 Kilogramm und soll eine Auslegungsbetriebsdauer von acht Jahren erreichen.
Der erste Satellit für das Navigationssystem Compass (Compass Navigation Satellite System, CNSS) alias Beidou 2, Compass M1, gelangte am 14. April 2007 in den Weltraum. In den E2- und E5b-Signalen dieses Satelliten treten mittlerweile Störungen auf, wurde Ende April 2010 bekannt. Septentrio, ein Hersteller von Satellitennavigationsempfängern aus Belgien, fand, angeregt durch Überlegungen von Dr. Oliver Montenbruck vom DLR in Oberpfaffenhofen, heraus, dass in den von Compass M1 ausgestrahlten Signalen in zufälligen Abständen zwei bis drei Mal in der Minute Impulsspitzen auftreten, die darauf hindeuten, dass möglicherweise die Bereitstellung von Referenzfrequenzen im Signalgenerator für die Navigationssignale unzuverlässig funktioniert.

Ähnliche Schwierigkeiten mit den später auf Umlaufbahnen um die Erde gebrachten chinesischen Naviagationssatelliten sind bisher nicht bekannt geworden. Compass G2 kreist seit dem 14. April 2009 um die Erde, und wie dieser befindet sich auch Compass G1, gestartet am 16. Januar 2010, auf einer Position im geostationären Orbit. Mit Compass G3 ist jetzt der vierte Satellit für ein System im Weltraum, das in seiner endgültigen Ausbaustufe einmal aus 35 Satelliten bestehen soll. Darunter sind 27 Satelliten, die auf auf Umlaufbahnen in mittlerer Höhe die Erde umkreisen, fünf Raumfahrzeuge im geostationären Orbit, und drei auf inklinierten gesosynchronen Bahnen, die das System ergänzen.

Im Jahr 2000 begann China mit dem Einsatz eigener Navigationssatelliten. Um dem Ziel der Unabhängigkeit vom US-amerikanischen GPS näher zu kommen, schickte man Ende 2000 zunächst zwei Satelliten zum Einsatz in einer Testkonstellation, Beidou genannt, ins All. 2003 und 2007 folgten zwei weitere Satelliten für das experimentelle System. Anschließend begann man mit dem Aufbau des Betriebsnetzes, das auch Beidou 2 genannt wird. Eine weltweite Abdeckung mit chinesischen Navigationssatelliten soll nach dem derzeitigem Planungsstand im Jahre 2020 erreicht sein.

Compass G3 ist katalogisiert mit der NORAD-Nr. 36.590 bzw. als Objekt 2010-024A.

Der Beitrag Compass G3 ergänzt chinesische Navigationssatelliten erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Thomas Weyrauch und Günther Glatzel. Quelle: Xinhua, InsideGNSS, Stanford’s 2009 PNT Challenges and Opportunities Symposium, Graz University of Technology.

Der Start erfolgte um 17:12 Uhr MEZ am 16. Januar 2010 vom Startgelände Xichang (Xichang Satellite Launch Center, XSLC) in der südwestchinesischen Provinz Sichuan. Es handelte sich um einen Nachtstart, vor Ort war es zum Zeitpunkt des Starts 0:12 Uhr am 17. Januar. Transportiert wurde der Satellit von einer Rakete des Typs Langer Marsch 3C (Chang Zheng-3C, CZ-3C). Stationiert werden soll der Satellit auf einer Position im Geostationären Orbit, seine Bezeichnung lautet dementsprechend Compass-G1.

Der erste Satellit für das Navigationssystem Compass (Compass Navigation Satellite System, CNSS), Compass-M1, war am 14. April 2007 ins All gebarcht worden. Nach dem am 14. April 2009 gestarteteten Compass-G2 ist mit Compass-G1 jetzt der dritte Satellit für ein System im Weltraum, das in seiner endgültigen Ausbaustufe einmal aus 35 Satelliten bestehen soll. 27 Satelliten sollen auf Umlaufbahnen in mittlerer Höhe die Erde umkreisen, 5 weitere sollen das System im Geostationären Orbit ergänzen. Eine weltweite Abdeckung mit chinesischen Navigationssatelliten will man nach derzeitigem Planungsstand im Jahre 2020 erreicht haben.

Neben den beiden existierenden Satellitennavigationssystemen GPS und Glonass entstehen in den nächsten Jahren zwei weitere: Galileo und Compass. Die Signale der mehreren Dutzend Satelliten nutzen einen gemeinsamen Frequenzbereich zwischen etwa 1.160 und 1.610 MHz. Dabei kommt es zwangsläufig zu Überdeckungen. Diese stellen aber kein Problem dar, sondern sind zwecks Interoperabilität sogar gewollt. Jede Trägerfrequenz des chinesischen Systems nutzt eine Bandbreite von 4 MHz. Darin werden aber nur Daten von 50 bis 500 Bit pro Sekunde und Satellit übertragen. Es bleibt also bei Nutzung unterschiedlicher Modulationsverfahren ausreichend Spielraum für die gemeinsame Verwendung. China und die EU unterzeichneten bereits im Jahre 2003 ein Kooperationsabkommen. Demnach beteiligt sich die Volksrepublik bisher mit 65 Millionen Euro an der Entwicklung von Teilen der Galileo-Infrastruktur sowie an Validierungsarbeiten. In Peking wurde zudem ein Trainings- und Ausbildungszentrum für das gemeinsame chinesisch-europäische Globale Navigationssatellitensystem eingerichtet.

Das Compass-System nutzt die Frequenzen 1.176,45 MHz (gemeinsam mit GPS und Galileo), 1.207,14 MHz (gemeinsam mit Glonass und Galileo) sowie 1.575,42 MHz (mit GPS und Galileo). Global will man im Endausbau eine Positionsgenauigkeit von 10 Metern, eine Zeitgenauigkeit von 20 ns (20 Nanosekunden sind 0,00000002 s) und eine Genauigkeit bei Geschwindigkeitsmessungen von 0,2 Metern pro Sekunde erreichen. Regional in China und angrenzenden Gebieten sollen Dienste ab 2012 umfassend und mit einer Genauigkeit von 1 Meter verfügbar sein.

Eine Besonderheit des Compass-Systems stellen drei Satelliten dar, welche die Erde auf inklinierten geosynchronen Bahnen umlaufen sollen. Diese Bahnen befinden sich in etwa 36.000 Kilometern Höhe, pendeln aber um den Äquator. Von der Erde aus scheinen sich die Satelliten in großen Achterschleifen in Nord-Süd-Richtung zu bewegen. Mit diesen drei Satelliten sowie allen 5 geostationären, die sich auf den aseatisch-pazifischen Raum konzentrieren, sowie nur 5 in einem mittleren Orbit kann man bereits ab 2012 die regionale Verfügbarkeit von Navigationsdiensten in China und Umgebung erreichen.

Compass-G1 ist katalogisiert mit der NORAD-Nr. 36.287 bzw. als Objekt 2010-001A.

Raumcon:

• Chinesisches Navigationssystem Kompass (Beidou)
• chinesische Trägerstarts

Der Beitrag Compass G1 gestartet – die wahre Frequenz-Geschichte erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: Xinhua.

Gestern abend, 18:16 Uhr MESZ, startete der zweite Navigationssatellit der Beidou-Reihe mit einer Trägerrakete des Typs Chang Zeng 2C vom Startplatz Xichang in der Sichuan-Provinz. Ziel ist der Geostationäre Orbit, ca. 35.800 Kilometer über dem Erdäquator.
Mit dem chinesischen Navigationssystem Compass verfolgt China das Ziel unabhängig von anderen Staaten Navigations- und Positionsdienste u. a. für Transport, Meteorologie, Waldbrandüberwachung, Katastrophenvorhersage oder Telekommunikation nutzen zu können.

Bis 2015 sollen weitere 30 Satelliten gestartet werden, 10 davon in diesem und dem nächsten Jahr. Dabei wird der größte Teil der Satelliten in Umlaufbahnen mit Höhen um 21.000 Kilometer und größeren Bahnneigungen positioniert. Die Satelliten im Geostationären Orbit komplettieren das System, das weltweit ausgebaut und damit eine Konkurrenz zu anderen Satellitennavigationssystemen, wie GPS oder GloNaSS werden soll.

Raumcon:

• Thread zu chinesischen Trägerstarts (ab Montag)

Der Beitrag Beidou 2B gestartet erschien zuerst auf Raumfahrer.net.