Branenkosmologie

Die Branenkosmologie ist eine häufig (aber nicht nur) im Zusammenhang mit der Stringtheorie diskutierte Theorie, die davon ausgeht, dass neben den vier in der Kosmologie üblichen Raumzeitdimensionen noch eine oder mehrere zusätzliche Dimensionen (Extradimensionen) existieren. Die vierdimensionale Raumzeit ist somit eine Hyperebene, die sogenannte Bran, die in eine höherdimensionale Raumzeit, den sogenannten Bulk, eingebettet ist. Gewöhnliche Materie ist auf der Bran gefangen, das heißt, sie kann nicht in die Extradimension(en) entweichen. Die zusätzlichen Dimensionen sind deshalb im Alltag nicht wahrnehmbar. Sie haben allerdings Einfluss auf das Expansionsverhalten des Universums, was eine Möglichkeit zur experimentellen Überprüfung der Branenkosmologie liefert.

Geschichte

Bereits 1914 wurde von Gunnar Nordström und später in den 1920er Jahren von Theodor Kaluza und Oskar Klein eine fünfte Dimension vorgeschlagen. Auf diese Weise wollten sie eine Vereinigung von Gravitation und elektromagnetischer Kraft erreichen. Die Idee der zusätzlichen Dimensionen wurde später von der Stringtheorie aufgegriffen. Diesen Theorien gemeinsam ist, dass die Extradimensionen kompaktifiziert, d.h. aufgerollt, sind. Der Kompaktifizierungsradius liegt in etwa bei der Plancklänge. Dies bedeutet, dass die zusätzlichen Dimensionen derart klein sind, dass sie weder im Alltag, noch in bisherigen Experimenten wahrzunehmen sind. Ein Objekt, das sich in Richtung einer dieser Dimensionen bewegt, würde fast augenblicklich wieder an seinem Ausgangspunkt ankommen.

Erst gegen Ende der 1990er Jahre wurde ein Modell entwickelt, das Randall-Sundrum-Modell, das eine unendlich große, also nicht kompaktifizierte, Extradimension ermöglichte. Ziel dieses Modells war es, das Hierarchieproblem zu lösen, d.h. eine Erklärung dafür zu finden, dass die Gravitation um Größenordnungen schwächer ist als die übrigen Wechselwirkungskräfte. Das Randall-Sundrum-Modell stellt das erste Branenmodell dar. Im Laufe der letzten Jahre wurde eine Vielzahl weiterer Modelle entwickelt, die sich in ihren Auswirkungen (z.B. auf die Expansion des Universums) zum Teil deutlich von dem ursprünglichen Modell unterscheiden. Die Branenkosmologie ist somit kein einheitliches theoretisches Gebilde, sondern splittet sich in viele verschiedene Modelle auf.

Bislang wurden noch keine experimetellen Beweise einer weiteren Dimension gefunden. Die Analyse von Experimenten am Large Hadron Collider in Dezember 2010 schränken jedoch die Möglichkeiten von Theorien mit unendlich großen Extradimensionen erheblich ein.^[1]

Siehe auch

• D-Brane

Literatur

• Marina Seikel: Branenkosmologie als alternative Erklärung der dunklen Energie. (PDF-Datei; 838 kB) Diplomarbeit (Betreuung: Max Camenzind). Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg (Fakultät für Physik und Astronomie, Landessternwarte Heidelberg-Königstuhl), 2006.

Weblinks

• An introduction to Brane World Cosmology, von Andreas Müller

Einzelnachweise

1. ↑ {http://arxiv.org/abs/1012.3375 CMS Collaoration: Search for Microscopic Black Hole Signatures at the Large Hadron Collider,]