70 Jahre nach der Gründung des Europäischen Kernforschungszentrums (Cern) bei Genf ist die Teilchenphysik um viele Entdeckungen reicher. Doch an großen Rätseln mangelt es weiterhin nicht. Dazu zählt etwa die Frage, wo die ganze Antimaterie geblieben ist. Denn von jedem bekannten Teilchen gibt es auch ein Antiteilchen. Beim Urknall ist dem Standardmodell der Teilchenphysik zufolge gleich viel Materie wie Antimaterie entstanden – und diese hätte sich gegenseitig auslöschen müssen. Warum ist das nicht passiert?

Auch das dunkle Universum hält Physikerinnen und Kosmologen auf Trab. Alles, was wir im Kosmos sehen können, macht gerade einmal fünf Prozent von dem aus, was tatsächlich da ist. Und die übrigen 95 Prozent, die nur indirekt beobachtbar sind, bestehen aus zwei rätselhaften Größen: der "Dunklen Energie” und der "Dunklen Materie". Was hat es damit auf sich?

Wie Forscherinnen und Forscher am Cern diesen großen Fragen nachgehen, wie es um die Pläne für einen noch größeren Teilchenbeschleuniger steht und was Wissenschaft und Kunst voneinander lernen können, besprechen Tanja Traxler und David Rennert mit der Cern-Generaldirektorin Fabiola Gianotti in dieser live aufgezeichneten Folge von "Rätsel der Wissenschaft". Gianotti war im Rahmen der Langen Nacht der Forschung auf Einladung der Akademie der Wissenschaften und des Wissenschaftsministeriums in Wien zu Gast. Das Gespräch wurde auf Englisch geführt.

Was passiert, wenn wir sterben? So grundlegend diese Frage ist, so schwierig ist es, eindeutige Antworten darauf zu finden. Viele Faktoren beeinflussen, wie Menschen sterben und wie der Tod subjektiv erlebt wird. Diese Vorgänge wissenschaftlich zu erforschen ist aber alles andere als einfach. Physiologische Untersuchungen zum Vorgang des Todes bringen schwerwiegende ethische Fragen mit sich. Und Erfahrungsberichte von reanimierten Patienten liegen zwar zahlreich vor, stammen aber eben von Überlebenden. Wie aussagekräftig sind sie? 

In den vergangen Jahren konnte die Hirnforschung erstaunliche Einblicke in die neurologischen Prozesse des Todes gewinnen. So konnte die elektrochemische Entladungswelle, die das Gehirn Sterbender durchflutet, detailliert beobachtet werden. Dabei zeigte sich, dass dieser Vorgang, anders als lange angenommen, nicht unumkehrbar ist. Außerdem wiesen Forschende nach, dass die Hirnaktivität bei Sterbenden rapide ansteigen kann. Das könnte wiederum für Nahtoderfahrungen verantwortlich sein.

Welche Funktionen haben diese Vorgänge? Sind Nahtoderfahrungen Teil eines neuronalen Notfallprogramms? Und was bedeutet das für die Reanimationsmedizin? Darüber sprechen David Rennert und Tanja Traxler mit dem Neurologen Jens Dreier (Charité Berlin) in der neuen Folge des STANDARD-Podcasts "Rätsel der Wissenschaft".

Lange dominierten sie die Tundren des Nordens, dann verschwanden die Mammuts nach und nach von der Bildfläche. Vor etwa 3700 starben die letzten Vertreter der Eiszeitgiganten, nur Funde von Mammut-Überresten bei Bauarbeiten oder in auftauenden Böden zeugen noch von der Existenz dieser majestätischen Tiere. Forschende träumen seit langem davon, Mammuts und andere ausgestorbene Tierarten von Toten zurückzuholen. Bislang scheiterte das aber vor allem an geeignetem biologischen Material dieser Spezies, das sich etwa zum Klonen eignen könnte.

Das Forschungsteam eines US-amerikanischen Genetik-Startups will einen anderen Weg gehen: Der Plan ist, die wichtigsten Mammutgene in Elefanten einzuschleusen und auf diese Weise Mammut-Elefanten-Hybride zu erschaffen, die den eiszeitlichen Tieren zumindest sehr ähnlich sein sollen. Das ambitionierte Ziel ist, bis 2028 den ersten "Mammufanten" auf die Welt zu bringen. Wie genau könnte das funktionieren? Wäre es überhaupt sinnvoll, Mammut-ähnliche Tiere in unsere heutige Welt zu bringen? Und welche ethischen Fragen drängen sich bei diesem Projekt auf? Das besprechen David Rennert und Tanja Traxler in der neuen Folge des STANDARD-Podcasts "Rätsel der Wissenschaft.

Mehr als 5500 Planeten, die um ferne Sterne kreisen, haben Forschende in den vergangen Jahrzehnten entdeckt. Wie viele von ihnen Begleiter haben, ist unklar: Noch nie wurde ein Exomond zweifelsfrei nachgewiesen. Fachleute gehen davon aus, dass es im Universum nur so von Monden wimmelt. Denn in unserem Sonnensystem sind sie alles andere als selten – nur die innersten beiden Planeten, Merkur und Venus, haben keine Trabanten. Der aktuelle Rekordhalter Saturn kommt hingegen nach derzeitigem Forschungsstand auf 146 Begleiter. Monde von Exoplaneten aufzuspüren, ist enorm schwierig. Neue Instrumente und ausgefeilte Suchmethoden könnten aber bald erste Erfolge bringen.

Die Entdeckung fernen Trabanten wäre nicht nur spannend, um mehr über die Bedingungen bei fernen Planetensystemen zu erfahren. Sie könnten auch die Chancen für die Existenz von außerirdischem Leben drastisch erhöhen: Im Sonnensystem sind Monde die aussichtsreichsten Orte für die Suche nach Leben, abgesehen vom Mars. Der Jupitermond Europa und der Saturnmond Enceladus beherbergen zum Beispiel unter dicken Eiskrusten Ozeane aus flüssigem Wasser, theoretisch könnte es dort Bedingungen geben, die Leben ermöglichen. Auch der exotische Saturnmond Titan ist ein spannender Kandidat.

Der Nachweis von Monden um Exoplaneten wäre ein weiterer Meilenstein bei der Erforschung des Universums. Wie die Chancen dafür stehen, was wir davon lernen könnten und wie wichtig Monde auch für Leben auf Planeten sein könnten, beschäftigt David Rennert und Tanja Traxler in der neuen Folge des STANDARD-Podcasts Rätsel der Wissenschaft. Sie sprechen mit den beiden Exoplanetenforscherinnen Lisa Kaltenegger von der Cornell University in Ithaca, New York, und Lena Noack von der Freien Universität Berlin.

Gibt es das Nichts? Ist Leere real? Was ist das Vakuum? Diese Fragen beschäftigen Gelehrte seit Jahrtausenden. Die Suche nach Antworten hat nicht nur zu erbitterten philosophischen Debatten und religiösen Verwerfungen geführt, sondern auch zu zahlreichen praktischen Anwendungen: Wir verdanken ihnen etwa Staubsauger und Vakuumkammern für präzise Industrieprozesse, Raumfahrt und wissenschaftliche Experimente. Rätselhaft bleibt das Vakuum aber bis heute.

Auch in der modernen Physik spielt das Vakuum keine unwichtige Rolle. Einerseits sind leistungsstarke Vakuumkammern für Hochpräzisionsmessungen in unterschiedlichen Bereichen unverzichtbar. Anderseits knüpfen sich an den leeren Raum zahlreiche offene Forschungsfragen: In der Quantenfeldtheorie stellte man fest, dass Quantenvakuumfluktuationen auch die Leere erfüllen. Und auch der leere Raum im Kosmos wirft Fragen auf, wenn es etwa um die rätselhafte Dunkle Energie geht, die für die beschleunigte Expansion des Universums verantwortlich ist. Was hat es also mit dem Nichts auf sich? Darüber sprechen Tanja Traxler und David Rennert in der neuen Folge des STANDARD-Podcasts Rätsel der Wissenschaft.

Rund eine Milliarde Hunde leben auf unserem Planeten, die Vielfalt unter ihnen ist enorm: Vom winzigen Chihuahua bis zur riesigen Dogge gibt es hunderte Hunderassen und noch viel mehr Mischlinge und Streuner in allen Variationen. Aber auch wenn die Vierbeiner sehr unterschiedlich aussehen und sich in ihrem Wesen mitunter stark voneinander unterscheiden, stammen sie doch alle von derselben Art ab: dem Wolf. Alle heutigen Hunde tragen noch zu rund 95 Prozent Wolfsgene in sich, ob sie nun aussehen wie Schäferhunde, Pudel oder Dackel. 

Wann und wie genau Wölfe zu Hunden wurden, beschäftigt die Forschung seit langem. Aus Knochenfunden lässt sich schließen, dass es seit mehr als 35.000 Jahren Hunde geben muss – kein anderes Tier begleitet den Menschen so lange. Oft wird angenommen, dass sich Wölfe einst selbst zähmten, weil das Leben in der Nähe von Menschen Vorteile brachte. Neuere Forschungsergebnisse sprechen aber gegen diese Hypothese.

Wie könnte es dann gewesen sein? Worin genau unterscheiden sich Wölfe und Hunde eigentlich? Und vermenschlichen wir unsere Vierbeiner heute manchmal zu sehr? Das besprechen David Rennert und Tanja Traxler mit dem renommierten Wolfsforscher Kurt Kotrschal in der neuen Folge des STANDARD-Podcasts "Rätsel der Wissenschaft".

Der Golfstrom im Atlantik ist so etwas wie die Zentralheizung Europas. Er ist Teil eines riesigen Zirkulationssystems im Atlantischen Ozean, das warmes Wasser in Richtung Norden transportiert und damit in Europa für ein vergleichsweise mildes Klima sorgt. Doch schon seit längerem mehren sich die Anzeichen, dass sich der Golfstrom im Zuge der Klimaerwärmung deutlich verlangsamt. Ein Kollaps dieser Wärmepumpe hätte dramatische Auswirkungen auf das globale Klima und besonders große Folgen für Europa, wie ein Blick in die Klimageschichte zeigt: Vor rund 12.000 Jahren löste ein Zusammenbruch des atlantischen Strömungssystems eine Kälteperiode aus, die 1.000 Jahre andauerte.

Forschende warnen, dass wir auf einen neuerlichen Kipppunkt zusteuern könnten, doch diesmal unter völlig anderen Vorzeichen. Denn die Ursache für das heute im historischen Vergleich rasante Schwächerwerden des Golfstroms ist die menschengemachte Erderwärmung. Doch weshalb könnte ausgerechnet die Erderhitzung Europa in die Kälte stürzen? Wie wahrscheinlich ist ein Kollaps des Golfstroms, und was können wir tun, um ihn zu verhindern? Darüber sprechen Tanja Traxler und David Rennert mit dem Klimaforscher Marc Olefs von Geosphere Austria in der neuen Folge von "Rätsel der Wissenschaft".

Sprichwörtlich ist sie Geld, kommt mit Rat und heilt alle Wunden. Doch was die Zeit eigentlich wirklich ist, lässt sich nicht so einfach beantworten. Seit langem ist sie Thema wissenschaftlicher und philosophischer Kontroversen. Doch je mehr Forscherinnen und Forscher über das Wesen der Zeit herausfinden, desto komplizierter wird unser Bild davon.

Dank Albert Einsteins Relativitätstheorie wissen wir, dass die Zeit kein absolutes Uhrwerk ist, das einen unveränderlichen Takt des Universums vorgibt. Sie ist eben relativ – und mit dem Raum in eine vierdimensionale Raumzeit verwoben. Das hat merkwürdige Nebeneffekte: Für jemanden, der sich bewegt, vergeht die Zeit langsamer als für jemanden, der stillsteht. Auf einem Berg vergeht die Zeit wiederum schneller als im Tal, denn nicht nur Bewegung, auch die Gravitation beeinflusst die Zeit. Das lässt sich auch experimentell nachweisen.

Es wird aber noch viel merkwürdiger. Denn die Quantentheorie, die zweite große Theorie der modernen Physik, bringt ein völlig anderes Zeitverständnis mit. Manche Quantenphysikerinnen und Quantenphysiker stellen sogar die Frage, ob es Zeit auf fundamentaler Ebene denn überhaupt gibt. Wie ist das zu verstehen? Wie bringt die Forschung dazu die Wissenschaft voran, und was hat die rätselhafte Zeit mit Katzen gemeinsam? Darüber sprechen David Rennert und Tanja Traxler in der neuen Folge von "Rätsel der Wissenschaft" mit dem italienischen Physiker und Autor Carlo Rovelli.

Wenn es um die Ausbreitung nichtheimischer Tier- und Pflanzenarten geht, greifen Ökologinnen und Ökologen zu drastischen Worten: Von biologischen Invasoren ist da die Rede, von gebietsfremden Arten, die zur ökologischen Bedrohung werden können. Übertrieben ist das nicht, tatsächlich handelt es sich um ein weltweit rasant wachsendes Problem: Immer mehr Spezies werden vor allem durch den globalen Warenverkehr und unsere Reisen in neue Gebiete eingeschleppt. Dort können sie sich oft schnell ausbreiten und gegen die einheimische Konkurrenz durchsetzen.

Im vergangenen Jahr benannte der UN-Weltbiodiversitätsrat (IPBES) in einem umfangreichen Bericht die Dimension des Problems: Invasive Arten seien ein Hauptfaktor für das globale Artensterben und würden zudem massiven wirtschaftlichen und gesundheitlichen Schaden anrichten. Demnach gelangten bislang mehr als 37.000 Spezies durch menschliche Aktivitäten in neue Gebiete, mehr als 3.500 davon gelten als ernsthafte ökologische Bedrohung.

Welche invasiven Arten sind besonders problematisch, und wie könnten wir ihre Ausbreitung in den Griff bekommen? Darüber sprechen David Rennert und Tanja Traxler in der neuen Folge von "Rätsel der Wissenschaft" mit dem Schweizer Ökologen Sven Bacher, der am Bericht des UN-Weltbiodiversitätsrats mitgearbeitet hat.

Um die Gesetze des Universums zu ergründen, haben Physikerinnen und Physiker das Standardmodell der Teilchenphysik entwickelt. Es beschreibt alle uns bekannten Elementarteilchen und die Wechselwirkungen zwischen ihnen. Am Ziel sind Forschende damit aber noch lange nicht. Es gibt zahlreiche Hinweise auf eine Physik jenseits dieses Standardmodells, auf Lücken, auf unbekannte Teilchen und mysteriöse Kräfte. Zu den größten ungelösten Rätseln zählt das Materie-Antimaterie-Ungleichgewicht im Universum.

Von jedem bekannten Teilchen gibt es auch ein Antiteilchen. Wenn diese beiden ungleichen Zwillinge aufeinandertreffen, vernichten sie sich gegenseitig. Beim Urknall ist dem Standardmodell der Teilchenphysik zufolge gleich viel Materie wie Antimaterie entstanden – und diese hätte sich gegenseitig auslöschen müssen. Das ist zum Glück nicht passiert, wir selbst und alle Objekte, die wir kennen, bestehen aus Materie. Aber wie ist das möglich, und wo ist die ganze Antimaterie hinverschwunden?

Diesen Fragen gehen David Rennert und Tanja Traxler mit dem STANDARD-Wissenschaftsredakteur Reinhard Kleindl und dem Antimaterieforscher Carsten Welsch von der Universität Liverpool in der neuen Folge von "Rätsel der Wissenschaft" nach. Sie besprechen auch, wie man Antimaterie im Labor erzeugt, in welchen medizinischen Anwendungen sie steckt und ob sie uns auch gefährlich werden könnte.