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StartseiteForschung aktuellAntiprotonen im Visier30.04.2013

Antiprotonen im Visier

Auf der Suche nach dem Unterschied zwischen Materie und Antimaterie

Nach dem Urknall soll - so die Theorie der Kosmologen - lediglich ein winziger Rest Materie übrig geblieben sein, aus dem unter anderem die Erde entstand. Warum aber die Antimaterie nicht überlebt hat, ist eines der größten Rätsel der Physik. Am Forschungszentrum CERN will man ihm nachgehen.

Von Jan Lublinksi

Der Urknall (Zeichnung) (Nasa)
Der Urknall (Zeichnung) (Nasa)

Sein Laserlabor sieht auf den ersten Blick aus wie eine Lego-Werkstatt für Erwachsene. Er hat hier ausschließlich schwarze Bauteile angeordnet, dazu Spiegel, Linsen, Messgeräte: Masaki Hori, ein japanischer Physiker, der am deutschen Max-Planck-Institut für Quantenoptik in München angestellt ist – und dessen Labor sich in der Schweiz befindet: am Forschungzentrum CERN.

"Die Schwierigkeit dieses Experiments besteht darin, dass wir Laserstrahlen mit sehr hohen Intensitäten produzieren. Wenn die Geräte hier alle auf vollen Touren laufen, dürfen sie nicht hereinkommen. Diese starken Laserpulse leiten wir dann durch das Loch in der Wand dahinten. Sie gelangen in die Experimentierhalle, wo sie auf antiprotonische Atome treffen."

In der Experimentierhalle steht eine weltweit einzigartige Teilchenmaschine. Sie stellt Antimaterie her. Genauer: Wasserstoffatomkerne, die negativ geladen sind: so genannte Antiprotonen. Hori bringt diese Antiprotonen dazu, um gewöhnliche Helium-Atomkerne zu kreisen. In seinem sogenannten ASACUSA-Experiment betreibt er also eine besondere Form der Chemie: Er baut sogenanntes antiprotonisches Helium zusammen. Eine neuartige Verbindung aus Materie und Antimaterie.

"Der Atomkern ist sehr klein, und das Anti-Proton auch. In unserem Experiment drehen sie sich umeinander: ein positiv geladener Helium-Kern und ein negativ geladenes Anti-Proton. Sie kommen dabei nicht in Berührung. Geschähe dies, würden sie sich gegenseitig vernichten."

Mit seinen intensiven Laserstrahlen kann Hori nun dieses seltsame Materie-Antimaterie-Gebilde untersuchen - und aus diesen Messergebnissen die Masse der Antiprotonen bestimmen. Auf neun Stellen hinter dem Komma genau ist ihm dies inzwischen gelungen. Ein Rekordwert. Und er kann die Masse der Antiprotonen mit der Masse von gewöhnlichen Protonen vergleichen. Mit einer Präzision, die zuvor nicht möglich war.

Bislang hat er keinen Unterschied ausmachen können zwischen Protonen und Antiprotonen. Seine Experimente bestätigen lediglich ein physikalisches Gesetz, das die Ähnlichkeit von Materie und Antimaterie beschreibt, die sogenannte CPT-Symmetrie.

"Wenn Sie 100 Physiker fragen, ob diese grundlegende CPT-Symmetrie gebrochen ist, werden 99 sagen 'nein', oder eigentlich werden es 100 sein, die 'nein' sagen. Dennoch ist das nur so eine Art Glauben der Wissenschaftler. Und darum vergleichen wir die Massen von Materie und Antimaterie immer genauer – um zu sehen, ob die Natur sich wirklich so verhält."

Wie Masaki Hori versuchen zahlreiche Physiker, mit verschiedenen Experimenten Unterschiede zwischen Materie und Antimaterie ausfindig zu machen. Sie wollen erklären, warum nach dem Urknall die Antimaterie komplett verschwunden ist. Eine Erklärung dafür ist im Moment nicht in Sicht. Aber das kann sich sehr schnell ändern. Vielleicht schon mit der zehnten Nachkommastelle im ASACUSA-Experiment. Masaki Hori arbeitet daran.

Programmtipp: Hören Sie auch: "Vorstoß in die Schattenwelt - Auf der Suche nach der verlorenen Antimaterie", am 1. Mai um 16.30 Uhr im Deutschlandfunk ("Wissenschaft im Brennpunkt").

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