ProtonenzerfallSterben Protonen?

Zerfallen Protonen? Super-Kamiokande hat noch nie einen Protonenzerfall beobachtet, die Lebensdauer des Protons liegt damit über 10³⁴ Jahren. Ob Protonen überhaupt zerfallen, hängt von Großen Vereinheitlichten Theorien ab, die nicht bestätigt sind. Beim Spielende „Protonenzerfall“ wartet man am Ende des Universums und sieht zu, wie das letzte Proton zerfällt. Dieses Ende verlangt echtes Warten, die Freischaltbedingung enthält „24 Stunden im echten Leben warten“.

Diese Seite erklärt zuerst, wie man das Ende freischaltet, dann den realen Stand zum Protonenzerfall und schließlich verwandte Forschung der Teilchenphysik: Quarks, Antimaterie, warum es mehr Materie als Antimaterie gibt, und Neutrinos.

So schaltest du es frei

• Hinweis: Manche Enden erreicht man nur durch echtes Warten.
• Bedingung: Schalte „Das letzte Proton“ frei, erlebe das Ende des Universums und warte dann 24 Stunden im echten Leben.
• Belohnung: Schaltet den Schicksalsknoten „Kosmische Fabrik“ im Sternbild Energie frei.

Das Ende gehört zur Kategorie Physik. Die Beschreibung des Knotens „Das letzte Proton“ lautet: am Ende des Universums bleiben und zusehen, wie das letzte Proton zerfällt. Dieses Ende erfordert 24 Stunden echtes Warten. Das Warten ist eine Designentscheidung des Spiels, keine Anforderung irgendeines physikalischen Experiments.

Der reale Stand

• Nie gesehen: Super-Kamiokande hat nie einen Protonenzerfall beobachtet.
• Untergrenze der Lebensdauer: Die Lebensdauer des Protons liegt über 10³⁴ Jahren.
• Wovon es abhängt: Ob Protonen zerfallen, hängt von Großen Vereinheitlichten Theorien ab, die nicht bestätigt sind.

Im Bild der fernen Zukunft des Universums ist der Protonenzerfall ein „vielleicht“. Eine Studie hat das Schicksal des Universums in Billionen Jahren und darüber hinaus durchgerechnet: Sterne brennen aus, Protonen zerfallen womöglich, und Schwarze Löcher verdampfen schließlich (Adams und Laughlin, Reviews of Modern Physics, 1997). Das Verdampfen Schwarzer Löcher geht auf eine andere Entdeckung zurück: Quanteneffekte lassen Schwarze Löcher langsam Energie abstrahlen, sie sind also nicht ewig (Hawking, Nature, 1974).

Was im Proton steckt

• Das Quarkmodell: Murray Gell-Mann schlug vor, dass Protonen und Neutronen aus kleineren „Quarks“ bestehen, und brachte so Ordnung in den Teilchenzoo (Gell-Mann, Physics Letters, 1964).
• Asymptotische Freiheit: Je näher sich Quarks kommen, desto schwächer wirkt ihre Wechselwirkung, und je weiter sie auseinander sind, desto stärker werden sie zusammengezogen. Das erklärt, warum Quarks immer eingeschlossen bleiben (Gross und Wilczek, Physical Review Letters, 1973).
• Die perfekte Flüssigkeit: Schwerionenkollisionen haben das Quark-Gluon-Plasma der ersten Mikrosekunden des Universums nachgestellt, und es verhält sich wie eine Flüssigkeit mit fast keiner Viskosität (STAR Collaboration, Nuclear Physics A, 2005).

Warum es mehr Materie als Antimaterie gibt

• Die Sacharow-Bedingungen: Andrei Sacharow nannte die drei Bedingungen, die nötig sind, damit das Universum mehr Materie als Antimaterie hervorbringt. Sie sind bis heute der Ausgangspunkt der Forschung (Sakharov, JETP Letters, 1967).
• CP-Verletzung: Der Zerfall von K-Mesonen (Kaonen) zeigte, dass die physikalischen Gesetze für Materie und Antimaterie nicht perfekt symmetrisch sind (Christenson, Cronin, Fitch und Turlay, Physical Review Letters, 1964).
• Die Dirac-Gleichung: Paul Dirac verband Quantenmechanik und Relativitätstheorie, um das Elektron zu beschreiben, und die Lösungen der Gleichung sagten unerwartet Antimaterie voraus (Dirac, Proceedings of the Royal Society A, 1928).
• Das Positron: Carl Anderson fotografierte in der kosmischen Strahlung ein positiv geladenes Elektron, das erste Mal, dass Menschen Antimaterie sahen (Anderson, Physical Review, 1933).

Neutrinos

Nach jahrelangem Warten neben einem Kernreaktor fingen Forscher schließlich dieses „Geisterteilchen“ ein, das kaum mit etwas wechselwirkt (Cowan, Reines et al., Science, 1956). Der Detektor Super-Kamiokande fand später, dass Neutrinos zwischen drei Typen wechseln, was bedeutet, dass sie Masse haben (Fukuda et al., Physical Review Letters, 1998). Super-Kamiokande ist auch genau der Detektor, der „nie einen Protonenzerfall gesehen“ hat.

All das ist verwandte reale Forschung. Es ist Hintergrund zur Teilchenphysik und kann den Protonenzerfall weder beweisen noch ausschließen.

Spielfiktion, nicht real

Die Worte, die der Protonenzerfall hinterlässt, sind erfunden.

Die Originale lesen? Such nach diesen Titeln

• Gell-Mann (1964): „A schematic model of baryons and mesons“
• Gross und Wilczek (1973): „Ultraviolet behavior of non-abelian gauge theories“
• Sakharov (1967): „Violation of CP invariance, C asymmetry, and baryon asymmetry of the universe“
• Christenson et al. (1964): „Evidence for the 2π decay of the K2 0 meson“
• Dirac (1928): „The quantum theory of the electron“
• Anderson (1933): „The positive electron“
• Cowan, Reines et al. (1956): „Detection of the free neutrino: a confirmation“
• Fukuda et al. (1998): „Evidence for oscillation of atmospheric neutrinos“
• STAR Collaboration (2005): „Experimental and theoretical challenges in the search for the quark–gluon plasma“
• Hawking (1974): „Black hole explosions?“
• Adams und Laughlin (1997): „A dying universe: the long-term fate and evolution of astrophysical objects“