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Teilchenbeschleuniger Cern: Forscher fangen erstmals Antimaterie ein

Erfolgsmeldung aus der Schweiz: Wissenschaftler haben am europäischen Teilchenforschungszentrum Cern erstmals Atome aus Antimaterie eingefangen. Ihre Erkenntnissen könnten grundlegende physikalische Gesetzmäßigkeiten revidieren.

Am Anfang waren Materie und Antimaterie. Doch eine kleine Asymmetrie im Verhältnis der beiden zueinander sorgte dafür, dass das Universum sich nicht gleich in seinen Kinderschuhen wieder in Energie auflöste. Ein großes Rätsel ist dabei geblieben: Wo ist die ganze Antimaterie hin? Auf der Erde kommen Antiteilchen nur in winzigen Mengen natürlich vor, und selbst im Universum lassen sich größere Mengen an Antimaterie nicht nachweisen.

Einen wichtigen Schritt, um die Frage zu beantworten, haben nun Forscher am Europäischen Zentrum für Teilchenphysik Cern getan. Den Wissenschaftlern ist es erstmals gelungen, Atome aus Antimaterie einzufangen und sie zu untersuchen: Insgesamt konnte das internationale Team am Genfer Cern, der Europäischen Organisation für Kernforschung, 38 Antiwasserstoff-Atome für jeweils gut anderthalb Zehntelsekunden in einem aufwendigen System aus Magnetfeldern einschließen. Dadurch verhinderten die Forscher, dass die Antimaterie mit normaler Materie reagieren konnte - ein Prozess, in dem sich die beiden Materieformen gegenseitig auslöschen.

Das System mache es erstmals möglich, die Eigenschaften von Antimaterie genauer zu untersuchen und so grundlegende physikalische Gesetzmäßigkeiten auf den Prüfstand zu stellen, berichtet das Team um Jeffrey Hangst von der Universität im dänischen Aarhus, Sprecher des Alpha-Projektes am Cern, im Fachmagazin "Nature".

Abgekühlt und verhaftet

Antimaterie ist aus Antiteilchen aufgebaut, ähnlich wie normale Materie aus normalen Teilchen. Dabei unterscheiden sich Antiteilchen von normalen Teilchen durch ihre jeweils entgegengesetzte elektrische Ladung: Während ein Elektron negativ geladen ist, hat sein Gegenstück, das Positron, eine positive Ladung. Antiteilchen künstlich zu erzeugen ist zwar ein alter Hut. Erstmals gelang es 1995 am Cern, Antiwasserstoff-Atome - bestehend jeweils aus einem Positron und einem Antiproton - nachzuweisen. Wirklich untersuchen ließen sich die Anti-Atome bislang jedoch nicht. Dafür gibt es vor allem zwei Gründe. Zum einen sind Antiteilchen sehr kurzlebig, denn sobald sie auf ihre Gegenstücke treffen, kommt es zur Annihilation - die beiden Teilchen vernichten sich unter Freisetzung von Energie gegenseitig. Zum anderen waren die bisher erzeugten Antiwasserstoff-Atome extrem heiß, das heißt, die Teilchen bewegten sich sehr schnell und ließen sich auch deswegen nicht analysieren.

Den Cern-Forschern ist es jetzt erstmals gelungen, beide Hindernisse zu überwinden: Sie kühlten Antiprotonen in einem sogenannten Speicherring bis auf ein halbes Grad über dem absoluten Nullpunkt herunter und brachten sie dann dazu, mit Positronen zu Antiwasserstoff-Atomen zu reagieren. Das fand innerhalb eines speziell entworfenen Magnetfeldsystems statt, das wie ein Spiegel funktionierte: Sobald sich die Antiteilchen der "Wand" näherten, wurden sie zurück in die Mitte des Systems reflektiert. Auf diese Weise gelang es den Wissenschaftlern, in insgesamt 335 Zyklen 38 Antiwasserstoff-Atome einzufangen und jeweils mindestens 172 Millisekunden festzuhalten. Wenn man davon ausgehe, dass der verwendete Detektor etwa jedes zweite gefangene Anti-Atom registriert, seien wohl etwa 80 von mehreren Millionen erzeugten Antiwasserstoff-Atomen in die Falle gegangen, schätzen die Forscher. Sie hoffen, künftig sowohl den eingefangenen Anteil als auch die Zeit, die die Antiteilchen in der Falle verbringen, noch deutlich erhöhen zu können - erst dann seien die wirklich entscheidenden Experimente zum Verhalten von Antimaterie durchführbar, sagen sie.

lea/DAPD / dapd