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Anti-Wasserstoff in der Falle

Astronomie|Physik Technik|Digitales

Anti-Wasserstoff in der Falle
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In diesem Teil des ALPHA-Experiments am CERN werden die Anti-Wasserstoffatome erzeugt. (CERN/ Niels Madsen ALPHA/Swansea)
Nach gängiger Theorie sollte Antimaterie die gleichen Eigenschaften wie Materie haben – nur mit umgekehrten Vorzeichen. Ob diese Symmetrie bis ins kleinste Detail existiert, lässt sich aber nur schwer nachweisen. Wissenschaftlern des Forschungszentrums CERN ist hier ein Durchbruch geglückt: Sie haben die elektrische Ladung des Anti-Wasserstoffs so genau gemessen wie nie zuvor. Ihre Ergebnisse zeigen, dass dieses Antimaterie-Atom zumindest bis zur achten Nachkommastelle neutral ist. Das spricht dafür, dass Antimaterie zumindest in puncto elektrischer Ladung mit der normalen Materie tatsächlich symmetrisch sein könnte.

Warum es im Universum heute mehr Materie als Antimaterie gibt, gilt als eines der ungelösten Rätsel der Physik. Denn beim Urknall müsste von beiden gleich viel entstanden sein – für jedes Teilchen ein spiegelbildliches Antiteilchen. Beide löschen sich gegenseitig aus, wenn sie miteinander in Kontakt kommen. Physiker vermuten, dass es zwischen Materie und Antimaterie winzige, aber entscheidende Unterschiede geben muss, die zu einer leichten Asymmetrie und damit dem Erhalt der Materie geführt haben. Doch die Eigenschaften von Antimaterie zu erforschen, ist extrem schwierig: Zwar ist es bereits gelungen, Anti-Wasserstoff zu erzeugen, aber dies nur in winzigen Mengen und nur für Sekundenbuchteile lang. Einen ersten Meilenstein in dieser Hinsicht erzielten dann Forscher am ALPHA-Detektor des Forschungszentrums CERN bei Genf vor einigen Jahren: Sie erzeugten Anti-Wasserstoffatome und fingen diese dann in einer speziellen Falle aus kompliziert angeordneten Magnetfeldern ein. Diese verhindert den Kontakt der Antiteilchen mit der normalen Materie und dadurch gelang es erstmals, Anti-Wasserstoff mehrere Minuten lang zu halten.

Antiteilchen im elektrischen Feld

Jetzt ist den Forschern der ALPHA-Kollaboration ein weiterer Schritt in der Erforschung der Antimaterie gelungen: Mit Hilfe ihrer Falle haben sie die elektrische Ladung von Anti-Wasserstoffatomen so genau bestimmt wie nie zuvor. Nach gängiger Theorie müsste ein Anti-Wasserstoffatom genauso neutral sein wie ein normales Wasserstoffatom. Bei diesem gleichen sich die positive Ladung des Protons im Kern und die negative des Elektrons in der Hülle genau aus. Beim Anti-Wasserstoff müsste für das negativ geladene Antiproton im Kern und das positive Positron in der Hülle das gleiche gelten – wenn das Prinzip der Symmetrie zwischen Materie und Antimaterie gültig ist. Um das zu überprüfen, fingen die Wissenschaftler der ALPHA-Kollaboration Anti-Wasserstoffatome zunächst in ihrer Magnetfalle ein, schalteten dann aber die Magnete  aus. Gleichzeitig aktivierten die Forscher ein elektrisches Feld in der Falle und ihrer Umgebung. Wenn die Antiteilchen eine Ladung besitzen, müssten sie nach ihrer Freisetzung durch dieses Feld leicht abgelenkt werden, sind sie tatsächlich neutral, fliegen sie unbeeinflusst weiter.

Die Auswertung von insgesamt 386 Bahnen von Anti-Wasserstoffatomen ergab: Zumindest bis auf die achte Nachkommastelle – dies entspricht rund einem Hundertmillionstel – ist das Anti-Wasserstoffatom neutral. „Dies ist das erste Mal, dass wir Anti-Wasserstoff mit dieser Genauigkeit untersuchen konnten“, erklärt Jeffrey Hangst, der Sprecher der ALPHA-Kollaboration. Die neue Messung ist immerhin um rund eine  Million Mal genauer als bisherige Versuche. Bisher gibt es demnach keinen Hinweis darauf, dass Antimaterie und Materie in Bezug auf ihre elektrische Ladung das Symmetrieprinzip verletzen. Die Physiker planen aber bereits die nächsten Messungen. Wie sie erklären, könnte die Messgenauigkeit noch einmal um das Zehnfache erhöht werden, wenn man die Anti-Wasserstoffatome in der Falle mittels Laserlicht bis fast zum absoluten Nullpunkt herunterkühlt. „Wir sind sehr optimistisch, dass die ALPHA-Fallenmethode in Zukunft noch weitere neue Einblicke geben wird“, sagt Hangst.

Quelle:

© wissenschaft.de – Nadja Podbregar
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