imported>SchlurcherBot: Bot: http → https

2026-02-09T21:19:51Z

Bot: http → https

Neue Seite

{{Infobox Teilchen
|name = Graviton (G)
|klassifikation = [[Elementarteilchen]]<br />[[Boson]]<br />[[Eichboson]]
|hauptquelle =
|wechselwirkung = [[Gravitation]]
|quark =
|quark_bild =
|ladung_e = 0
|ladung_c =
|masse_u =
|masse_kg = 0
|masse_me =
|ruheenergie_ev =
|ruheenergie_mev =
|ruheenergie_gev =
|compton_wellenlaenge_m =
|magnetisches_moment_jt =
|magnetisches_moment_mun =
|g_faktor =
|gyromagnetisches_verhaeltnis_st =
|spinzahl = 2
|paritaet =
|isospinzahl =
|isospin_z =
|strangeness =
|charm =
|bottomness =
|topness =
|lebensdauer_s =
|lebensdauer_a =
|lebensdauer = stabil
|zerfallsbreite_mev =
|zerfallsbreite_gev =
|bild =
}}
Als '''Graviton''' bezeichnet man das [[Hypothese|hypothetische]] [[Eichboson]] einer [[Quantenphysik|Quantentheorie]] der [[Gravitation]]. Dieser Annahme zufolge ist es der Träger der Gravitationskraft.

== Benennung ==
Der Name ''Graviton'' wurde in Anlehnung an das [[Photon]] der [[Elektromagnetische Wechselwirkung|elektromagnetischen Wechselwirkung]] gewählt. Er tauchte zum ersten Mal 1934 in einem Aufsatz von [[Dmitri Iwanowitsch Blochinzew]] und F. M. Galperin auf, doch bürgerte er sich erst mit dem Benennungsvorschlag von [[Paul Dirac]] 1959 ein, der von dem Aufsatz von Blochinzew wahrscheinlich keine Kenntnis hatte.<ref>Helge Kragh, Quantum Generations, Princeton University Press 1999, S. 411</ref>

== Eigenschaften ==
Auch einige der Eigenschaften des Gravitons (Ausbreitungsgeschwindigkeit, Masselosigkeit) entsprechen denen eines Photons.

Der [[Spin]] des Gravitons wird [[Postulat|postuliert]] zu <math>s_G = 2</math>. Dies geschieht aufgrund folgender Überlegungen aus der [[Quantenfeldtheorie]]:

In der [[Quantenelektrodynamik]] (QED) wirken [[Boson]]en mit geradzahligem Spin zwischen gleichen Ladungen anziehend, während Bosonen mit ungeradzahligem Spin zwischen gleichen Ladungen abstoßend wirken. So wirkt z. B. das Photon mit Spin 1 zwischen zwei [[Elektron]]en, die jeweils eine Ladung von −e tragen, abstoßend. In Analogie dazu geht man im Fall der Gravitation davon aus, dass es nur Teilchen gleicher Ladung gibt (in Übereinstimmung mit der Erfahrung, dass die Gravitation immer anziehend wirkt) und postuliert deshalb das Graviton als Spin-2-Teilchen.

Formal ergibt sich das daraus, dass die [[Quelle und Senke|Quelle]] des [[Gravitationsfeld]]es ein [[Formelsammlung Tensoralgebra #Symmetrische Tensoren|symmetrischer]] [[Tensor]] 2. Stufe ist ([[Energie-Impuls-Tensor]] mit Spin 2), während die Quelle z. B. beim Elektromagnetismus ein Vektor ist (Spin 1). Das wurde schon von [[Wolfgang Pauli]] und [[Markus Fierz]] in den 1930er Jahren festgestellt.

So wie die [[elektromagnetische Strahlung]] durch die [[Maxwell-Gleichungen|Maxwellschen Gleichungen]] der [[Elektrodynamik|klassischen Elektrodynamik]] beschrieben wird, ergibt sich die [[Gravitationsstrahlung]] aus den [[Einsteinsche Feldgleichungen|Einsteinschen Feldgleichungen]] der [[Allgemeine Relativitätstheorie|allgemeinen Relativitätstheorie]].

Gravitonen sind ihre eigenen [[Antiteilchen]]. Ein Anti-Graviton wäre also dasselbe wie ein Graviton und hat nichts mit einer hypothetischen [[Antigravitation]] zu tun.

=== Supersymmetrische Eigenschaften ===
In [[Supersymmetrie|supersymmetrischen]] Modellen der [[Quantengravitation]] erhält das gewöhnliche Graviton massive bosonische [[Superpartner|Partner]] mit Spin 0 (Graviskalar) und Spin 1 (Gravivektor oder Graviphoton). Abhängig von ihren Massen und damit von ihren Reichweiten könnten diese neuen Teilchen eine Änderung des [[Newtonsches Gravitationsgesetz|normalen 1/r<sup>2</sup>-Kraftgesetzes der Gravitation]] zur Folge haben.

[[Fermion]]ische Partner sind in diesen Modellen das [[Gravitino]] (Superpartner des Gravitons) mit Spin 1½ und das [[Goldstino]] mit Spin ½ (dessen Superpartner ist mit Spin 0 das [[Sgoldstino]]).<ref>{{Literatur |Autor=Chris C. King |Titel=Dual-Time Supercausality |Sammelwerk=Physics Essays 2/2 |Datum=1989 |Seiten=128–151 |Online=[http://www.math.auckland.ac.nz/~king/Preprints/pdf/Transup.pdf math.auckland.ac.nz] |Format=PDF |KBytes=}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=Andrea Brignole, Ferruccio Feruglio und Fabio Zwirner |Titel=Four-fermion interactions and sgoldstino masses in models with a superlight gravitino |Sammelwerk=CERN-TH/98-149, DFPD-98/TH/20 |Datum=1998-08-31 |Seiten=9 |arXiv=hep-ph/9805282v2}}</ref>

== Quantengravitation ==
Analog zur [[Quantisierung (Physik)|Quantisierung]] der elektromagnetischen Strahlung in der QED durch Photonen wurde schon früh spekuliert, dass eine entsprechende Quantisierung der Gravitationsstrahlung durch Gravitonen in einer bislang unbekannten Theorie der Quantengravitation existiert. Diese Quantisierung wird jedoch erschwert durch den Umstand, dass die Gravitation im Gegensatz zu allen anderen bekannten Strahlungen nicht [[Abschirmung (Gravitation)|abschirmbar]] ist und auf alle Massen wirkt, egal wo sie sich im Universum befinden. (Dies ist eine zwingende Konsequenz der Interpretation der Gravitation als [[Raumzeit#Raumzeit-Krümmung|Krümmung der Raumzeit]].) So ziehen sich weit voneinander entfernte Objekte auch dann gegenseitig an, wenn sich etwas zwischen ihnen befindet. Auch ist keine kleinste Menge Gravitation nachzuweisen, sie nimmt anscheinend beliebig kleine Werte an, und sogar sehr leichte Elementarteilchen unterliegen ihr. Das muss allerdings nicht heißen, dass es keine kleinste Menge Gravitation ''gibt''.

Alle bisherigen Versuche einer [[Renormierung|renormierbaren]] [[Quantenfeldtheorie]] der Gravitation sind gescheitert: Die [[Ultraviolettkatastrophe|Ultraviolettdivergenzen]] der Theorien ließen sich nicht beseitigen, auch nicht durch Übergang auf die [[Supersymmetrie|supersymmetrische]] Formulierung der [[Supergravitation]], bei der zusätzlich das Gravitino eingeführt wurde, oder durch Zulassen von mehr als drei Raumdimensionen. [[Stanley Deser]] brachte diese negativen Ergebnisse 1999 zu einem gewissen Abschluss durch Hinweise auf die [[Störungstheorie|störungstheoretische]] Nichtrenormierbarkeit der Supergravitation in den maximal erlaubten 11 Dimensionen (die Theorie wies bereits bei zwei Schleifen Divergenzen auf).<ref>Deser, Infinities in Quantum Gravities, Annalen der Physik, Band 9, 2000, S. 299–307, [https://arxiv.org/abs/gr-qc/9911073 Arxiv]</ref> Die Ursache der Nicht-Renormierbarkeit liegt letzten Endes daran, dass die [[Kopplungskonstante]] dimensionsbehaftet ist, worauf schon [[Werner Heisenberg]] 1938 aufmerksam machte.

Bei den zwei bislang rein hypothetischen Kandidaten einer Theorie der Quantengravitation, der [[Stringtheorie]] und der [[Schleifenquantengravitation]], ergibt sich die Existenz eines Gravitons im Falle der Stringtheorie zwangsläufig, die Lage in der Schleifenquantengravitation ist weniger klar. Beide Theorien sind bislang nicht so weit entwickelt, dass sie experimentell getestet und eventuell widerlegt werden könnten. So ist die Frage nach der Existenz eines Teilchens, das die Gravitationskraft trägt, weiter offen.


== Experimentelle Beobachtungen ==
Die Möglichkeit der Detektion von Gravitonen wurde kontrovers diskutiert.

[[Freeman Dyson]] unterschied mehrere Aspekte dieser Frage, darunter die Frage der Detektierbarkeit unter den Bedingungen (Störeffekte) im gegenwärtigen Universum, die Abgrenzung zu Theorien, in denen die Gravitation nur ein statistischer, [[Emergenz|emergenter]] Effekt ähnlich der Entropie ist, und die Abgrenzung von Vorhersagen aus Berechnungen, in denen die Gravitation als [[Klassische Physik|klassisches]] Feld eingeht.

Verschiedentlich wurden zwar idealisierte Gedankenexperimente zur Detektion von Gravitonen vorgeschlagen, jedoch gibt es dafür keinen physikalisch vernünftigen [[Teilchendetektor|Detektor]].<ref name="Rothman">{{cite journal
|last=Rothman |first=T.
|last2=Boughn |first2=S.
|date=2006
|title=Can Gravitons be Detected?
|language=en
|journal=Foundations of Physics
|volume=36 |issue=12 |pages=1801–1825
|arxiv=gr-qc/0601043
|bibcode=2006FoPh...36.1801R
|doi=10.1007/s10701-006-9081-9
}}</ref> Der Grund liegt in dem extrem kleinen [[Wirkungsquerschnitt]] für die Interaktion von Gravitonen mit Materie. Würde beispielsweise ein Detektor mit einer Masse des [[Jupiter (Planet)|Jupiters]] und einer Effizienz von 100 % in einem nahen Orbit eines [[Neutronenstern]]s platziert, so wäre nur alle 10 Jahre ein Graviton zu detektieren.<ref name="Rothman" />

Die [[LIGO]]- und [[Virgo (Gravitationswellendetektor)|Virgo]]-Observatorien haben zwar [[Gravitationswellen]] [[Gravitationswelle#Direkter Nachweis|direkt beobachtet]],<ref name="Abbot">{{cite journal |title=Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger |language=en | last=B. P. Abbott et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration)| journal=Physical Review Letters| year=2016| volume=116|issue=6| url=https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.116.061102 | doi=10.1103/PhysRevLett.116.061102|arxiv = 1602.03837 |bibcode = 2016PhRvL.116f1102A }}</ref><ref name="Discovery 2016">{{cite journal |title=Einstein's gravitational waves found at last |language=en | journal=Nature News | url=https://www.nature.com/news/einstein-s-gravitational-waves-found-at-last-1.19361 |date=2016-02-11 |last=Castelvecchi |first=Davide |last2=Witze |first2=Witze |doi=10.1038/nature.2016.19361 |accessdate=2016-02-11 }}</ref><ref name="NSF">{{cite web|title = Gravitational waves detected 100 years after Einstein's prediction {{!}} NSF – National Science Foundation |language=en|url = http://www.nsf.gov/news/news_summ.jsp?cntn_id=137628|website = www.nsf.gov|access-date = 2016-02-11}}</ref> können aber Gravitonen prinzipiell nicht nachweisen.<ref name="detecting graviton">{{cite journal|first=Freeman |last= Dyson|url=http://www.worldscientific.com/doi/abs/10.1142/S0217751X1330041X|title=Is a graviton detectable? |language=en|date=2013-10-08|journal=International Journal of Modern Physics A|volume=28|issue=25|pages=1330041-1–1330035-14|doi=10.1142/S0217751X1330041X|bibcode = 2013IJMPA..2830041D }}</ref> Andere haben postuliert, dass Graviton-[[Streuung (Physik)|Streuung]] Gravitationswellen liefert, da Teilchen-Wechselwirkungen zu [[Kohärenter Zustand|kohärenten Zuständen]] führen.<ref>Senatore, L., Silverstein, E., & Zaldarriaga, M. (2014). New sources of gravitational waves during inflation. Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, 2014(08), 016.</ref>

Obwohl diese Experimente einzelne Gravitonen nicht nachweisen können, können sie Informationen über bestimmte Eigenschaften des Gravitons liefern.<ref name="detecting graviton" /> Würden beispielsweise Gravitationswellen langsamer als ''c'' (die [[Lichtgeschwindigkeit]] im Vakuum) beobachtet, so würde es bedeuten, dass Gravitonen eine Masse haben (jedoch müssen sich Gravitationswellen in einer Region mit einer Massendichte größer als null langsamer als ''c'' ausbreiten, damit sie überhaupt zu detektieren sind).<ref>{{cite journal
|last=Will |first=C. M.
|date=1998
|title=Bounding the mass of the graviton using gravitational-wave observations of inspiralling compact binaries
|language=en
|journal=[[Physical Review D]]
|volume=57 |issue=4 |pages=2061–2068
|arxiv=gr-qc/9709011
|bibcode=1998PhRvD..57.2061W
|doi=10.1103/PhysRevD.57.2061
}}</ref> Neuere Beobachtungen von Gravitationswellen haben eine obere Grenze von <math>7{,}7 \cdot 10^{-23}\, \mathrm{eV}/c^{2}</math> für die Gravitonmasse <math>m_G</math> ermittelt entsprechend einer Schranke für die [[Compton-Wellenlänge]] des Gravitons von <math>\lambda_G > 10^{13} \ \mathrm{km}</math> (1 [[Lichtjahr]]).<ref name="Abbot2017">{{cite journal |title=GW170104: Observation of a 50-Solar-Mass Binary Black Hole Coalescence at Redshift 0.2 |language=en| last=B. P. Abbott et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration)| journal=Physical Review Letters| year=2017| volume=118|issue=22| url=https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.118.221101 | doi=10.1103/PhysRevLett.118.221101 }}</ref> Astronomische Beobachtungen der Galaxiebewegungen, speziell die [[Rotationskurve]] und die [[Modifizierte Newtonsche Dynamik]], könnten darauf hinweisen, dass Gravitonen eine Masse größer als Null haben.<ref>Trippe, S. (2013), „A Simplified Treatment of Gravitational Interaction on Galactic Scales“, J. Kor. Astron. Soc. '''46''', 41. {{arXiv|1211.4692}}</ref> Eine von Null verschiedene Masse des Gravitons kann ''nicht'' durch den [[Higgs-Mechanismus]] erklärt werden.<ref>{{Literatur |Autor=Nima Arkani-Hamed et al. |Titel=Scattering Amplitudes For All Masses and Spins |Datum=2017 |arXiv=1709.04891}}</ref> Die dRGT-Theorie ([[Claudia de Rham|de Rham]], [[Gregory Gabadadze|Gabadadze]] und [[Andrew J. Tolley|Tolley]]) ist eine Möglichkeit für eine Theorie mit [[Massive Gravitation|massiver Gravitation]].<ref>{{Literatur |Autor=Hannah Devlin, Hannah Devlin Science correspondent |Titel=Has physicist's gravity theory solved 'impossible' dark energy riddle? |Sammelwerk=The Guardian |Datum=2020-01-25 |ISSN=0261-3077 |Online=https://www.theguardian.com/science/2020/jan/25/has-physicists-gravity-theory-solved-impossible-dark-energy-riddle |Abruf=2025-04-15}}</ref>

In der Entwicklung befindliche [[Nanotechnologie|nanotechnologische]] Messaufbauten können zukünftig eventuell verwendet werden, um [[Quantengravitation]]seffekte direkt zu messen.<ref>{{cite journal
|last=Markus Aspelmeyer
|first=Jonas Schmöle, Mathias Dragosits, Hans Hepach,
|date=2016
|title=A micromechanical proof-of-principle experiment for measuring the gravitational force of milligram masses
|language=en
|journal=Instrumention and Detectors
|volume=2|issue=2 |pages=20
|arxiv=1602.07539v2
|doi=10.1088/0264-9381/33/12/125031
}}</ref><ref name="Blog">{{cite web|title = Researchers propose experiment to measure the gravitational force of milli-gram objects, reaching almost into the quantum realm|url = https://backreaction.blogspot.de/2016/03/researchers-propose-experiment-to.html|website = backreaction.blogspot.de|access-date = 2016-11-01}}</ref>

== Weblinks ==
{{Wiktionary}}
* ''Nonrenormalizability of (Last Hope) D=11 Supergravity, with a Terse Survey of Divergences in Quantum Gravities'', {{arXiv|hep-th/9905017}}
* [https://www.spiegel.de/wissenschaft/weltall/gravitations-geschwindigkeit-einstein-behaelt-recht-a-229836.html Wirkungsgeschwindigkeit der Gravitation gleicht der Lichtgeschwindigkeit]

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Gravitation]]
[[Kategorie:Elementarteilchen]]
[[Kategorie:Hypothetisches Teilchen]]
[[Kategorie:Boson]]

Graviton - Versionsgeschichte

imported>SchlurcherBot: Bot: http → https