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Wie sich Materie und Antimaterie unterscheiden

Astronomie|Physik Technik|Digitales

Wie sich Materie und Antimaterie unterscheiden
Auf dem Suche nach der Ursache für die Unterschiede zwischen Materie und Antimaterie hat eine internationale Forschergruppe des KEK-Laboratoriums für Elementarteilchenphysik in Japan den Zerfall von B-Mesonen und deren Antiteilchen genau analysiert. Die Forscher wollen so herausfinden, wieso Materie und Antimaterie nicht genau den gleichen physikalischen Gesetzen gehorchen. Darüber berichten die Wissenschaftler in einer Vorabveröffentlichung auf dem Los-Alamos-Pre-Print.Server (/abs/hep-ex/0504013).

Dass Materie und Antimaterie nicht völlig gleichwertig sind, ist seit der Entdeckung der CP-Verletzung von Kaonen im Jahre 1964 bekannt. Demnach verändern sich die physikalischen Grundgesetze ein wenig, wenn ein Elementarteilchung mit seinem Antiteilchen ausgetauscht und gleichzeitig alle drei Achsen des Raumes invertiert werden. Vor wenigen Jahren wurde diese Verletzung auch bei einer anderen Klasse von Elementarteilchen, den B-Mesonen, festgestellt.

Wissenschaftler aus Japan haben nun den Zerfall dieser Teilchen und deren Antiteilchen in einem auf den Namen Belle getauften Experiment genau analysiert, um auf diese Weise die Vorraussagungen des Standardmodells der Elementarteilchenphysik zu überprüfen. Dazu beobachteten die Forscher den Zerfall der B-Mesonen in neutrale D-Mesonen und Kaonen. Diese Elementarteilchen zerfielen dann in weitere Pionen und Kaonen.

Die Forscher haben durch eine genaue Untersuchung dieser Zerfallskette tatsächlich Unterschiede zwischen B-Mesonen und Anti-B-Mesonen gefunden, so Anton Poluektov, ein Mitglied der Forschergruppe. Die Forscher behaupten in ihrer Studie allerdings nicht, die CP-Verletzung direkt beobachtet zu haben. Dank eines raffinierten Datenanalyseverfahrens, dem so genannten Dalitz-Diagramm, ist es ihnen allerdings gelungen, statistisch sinnvolle Schlüsse aus den wenigen untersuchten Zerfallsketten zu ziehen.

Um dem Unterschied zwischen Materie und Antimaterie auf die Spur zu kommen, wollen Elementarteilchenphysiker die Winkel und Seitenlängen des so genannten unitären Dreiecks bestimmen. Die Fläche dieses in einem abstrakten mathematischen Raum aufgespannten Dreiecks ist nämlich dem Standardmodell zufolge der Größe der CP-Verletzung proportional. Poluektov und seine Kollegen konnten in ihrer Studie einen Winkel dieses Dreiecks auf 68 Grad mit einer Unsicherheit von etwa 15 Grad bestimmen.

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Stefan Maier
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