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Antimaterie in der Falle

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Antimaterie in der Falle
Für den Warp-Antrieb reicht es zwar noch nicht ? aber immerhin können Physiker bald erstmals untersuchen, wie sich Materie und Antimaterie unterscheiden. Einem Team am Teilchenbeschleuniger CERN in Genf ist es gelungen, 300 Atome Anti-Wasserstoff eine gute Viertelstunde lang in einer magnetischen Falle einzuschließen. Sie verlängerten die maximale Lebensdauer der rätselhaften Substanz damit gewaltig ? bislang lag der Rekord bei knapp 0,2 Sekunden.

Anti-Wasserstoff besteht aus einem negativ geladenen Anti-Proton im Kern und einem positiv-geladenen Positron in der Hülle des Atoms. Anti-Teilchen sind nur schwer zu erforschen, da sie sich in exotische Elementarteilchen und Energie auflösen, wenn sie mit gewöhnlicher Materie zusammentreffen. 2002 war es Forschern erstmals gelungen, Atome aus Antimaterie zu erzeugen, indem sie ein gekühltes Positron- und ein Anti-Proton-Plasma vermischten. Allerdings erwies es sich als schwierig, die elektrisch neutralen Anti-Atome einzufangen, um sie von normaler Materie zu trennen. Das ALPHA-Team (Abkürzug für: Antihydrogen Laser Physics Apparatus) entwickelte daher eine ausgeklügelte Magnet-Falle, die die neutralen Anti-Atome festhalten kann. Allerdings müssen die Teilchen dazu sehr kalt sein.

Ein erster Fortschritt gelang dem Team im vergangenen November, als sie einige Anti-Wasserstoff-Atome für Bruchteile einer Sekunde in ihrer magnetischen Falle einschließen konnten. Jetzt hielten sie die Falle mehr als tausend Sekunden lang geschlossen ? und konnten hinterher beobachten, wie sich Anti-Atome in einem typischen Teilchenregen auflösten. Die Forscher nehmen an, dass die Gefangenschaft von einer Viertelstunde ausreichte, damit die Anti-Atome aus ihrem ursprünglichen angeregten Zustand in den Grundzustand fielen.

„Nun können wir anfangen Anti-Wasserstoff zu untersuchen, auch wenn wir bislang nur eine kleine Menge einfangen können“, sagt Jeffrey Hangst von der Universität Aarhus in Dänemark, der Sprecher des Teams. Die Forscher wollen eine wichtige Frage klären: Wieso besteht das Universum nur aus gewöhnlicher Materie? Wo ist die Antimaterie geblieben, die beim Urknall entstanden sein muss? „Das halbe Universum ist verloren gegangen“, sagt Hangst.

Viele Physiker haben den Verdacht, dass für Wasserstoff und Anti-Wasserstoff nicht die gleichen physikalischen Gesetze gelten. Womöglich ähneln sie sich nicht wie Spiegelbilder, sondern verhalten sich in bestimmten Situationen unterschiedlich. Nach solchen Symmetrie-Verletzungen will das ALPHA-Team nun fahnden. Mit Mikrowellen-Strahlung und Lasern wollen sie zum Beispiel herausfinden, wie weit die verschiedenen Energieniveaus des Anti-Wasserstoffs auseinanderliegen. Die Forscher können die Untersuchungen kaum erwarten: „Das wäre der erste Blick auf die Struktur von Anti-Wasserstoff, dem ersten Element im Anti-Periodensystem“, freut sich Hangst.

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The ALPHA Collaboration: Nature Physics Online-Veröffentlichung am 5. Juni, doi: 10.1038/nphys2025 wissenschaft.de – Ute Kehse
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