Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Erster Blick in das Innere von Antiwasserstoff-Atomen

30.10.2002


Erstmals ist es Wissenschaftlern der ATRAP Kollaboration am europäischen Teilchenphysik-Zentrum CERN gelungen, einen Blick in das Innere von Antiwasserstoff-Atomen zu werfen.


An der Zusammenarbeit sind auch Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich, des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik sowie der Ludwig-Maximilians-Universität München beteiligt. Der Aufsehen erregende Nachweis der Antiwasserstoff-Atome erfolgt durch ein neuartiges Verfahren und liefert erstmals ein eindeutiges, störungsfreies Signal. Die Wissenschaftler sind jetzt in der Lage, pro Stunde mehr Antiwasserstoff-Atome zu erzeugen, als jemals zuvor nachgewiesen wurden. In einer wissenschaftlichen Veröffentlichung, die in Physical Review Letters erscheinen wird, wird von mehr als 1400 kalten Antiwasserstoff-Atomen berichtet.

Wasserstoff ist das einfachste Atom und besteht aus einem Elektron und einem Proton. Der Antimaterie-Partner des Protons ist das Antiproton und der des Elektrons das Positron. Aus diesen Antimaterie-Bausteinen setzt sich das Antiwasserstoff-Atom zusammen. Die elementaren Teilchen und ihre entsprechenden Antiteilchen haben dieselbe Masse, dieselbe Ladung, aber ein entgegengesetztes Ladungsvorzeichen. Wenn ein Teilchen mit seinem Antiteilchen zusammentrifft, vernichten sie sich gegenseitig und es wird die Energie freigesetzt, die der Masse entspricht.


Die gegenwärtig akzeptierte Theorie der Physik besagt, dass das Antiwasserstoff-Atom und das gewöhnliche Wasserstoff-Atom genau gleiche Eigenschaften haben. Diese Vorhersage wurde allerdings noch nie experimentell geprüft. Neuere angedachte Modelle lassen geringe Unterschiede zwischen Antiwasserstoff und Wasserstoff zu. Die Aufklärung dieser wichtigen Fragestellung wird ein zentraler Bestandteil der zukünftigen Untersuchungen sein.

Die ATRAP Kollaboration am europäischen Teilchenphysik-Zentrum CERN in der Nähe von Genf setzt sich aus Wissenschaftlern der Harvard Universität, des Forschungszentrums Jülich, des CERN, des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik sowie der Ludwig-Maximilians-Universität München und der York Universität in Toronto zusammen. Im Laufe des Jahres hat die ATRAP Kollaboration mehrere Methoden zur Erzeugung von Antiwasserstoff geprüft, um optimale Voraussetzungen für physikalische Untersuchungen dieses Atoms zu schaffen.

Inzwischen können die Forscher pro Stunde nicht nur mehr Antiwasserstoff-Atome erzeugen, als jemals zuvor nachgewiesen wurden, es ist ihnen sogar gelungen, erstmals einen flüchtigen Blick in das Innere jener Antimaterie-Atome zu werfen. Die Temperatur der erzeugten Antiwasserstoff-Atome lag dabei nur wenige Grad über dem absoluten Nullpunkt bei ?273 Grad Celsius. Damit sind die Antiatome schon fast so kalt - also langsam -, dass sie in Magnetfeldern ausreichend lange gespeichert werden können, um Präzisions-Messungen an ihnen durchzuführen.

Mit der Speichermöglichkeit vieler Antiwasserstoff-Atome sind Laserexperimente absehbar, die winzige Unterschiede zwischen Antiwasserstoff und Wasserstoff offenbaren können, falls es sie gibt. Messungen dieser Art werden grundlegende Theorien der Physik einer Prüfung unterziehen und geben möglicherweise sogar einen Hinweis auf das Mysterium, warum unser Universum ausschließlich aus Materie besteht und nichts auf die Existenz einer Welt aus Antimaterie deutet.

Eine neue Grundidee führt zum Erfolg

Wenn man ein Antiwasserstoff-Atom zwischen die beiden Pole einer Batterie bringt, wird die positive Ladung des Positrons zum negativen Pol gezogen, während die negative Ladung des Antiprotons vom positiven Pol der Batterie angezogen wird. Ist die Batteriespannung groß genug, wird das Atom auseinander gerissen. Bei hinreichend weitem Abstand von Positron und Antiproton im Antiwasserstoff-Atom genügt eine kleine Spannung, um das Atom auseinander zu reißen. Sind Positron und Antiproton dagegen näher beieinander, muss eine höhere Spannung angelegt werden, um das Antiwasserstoff-Atom zu zerlegen. Dies ist die Grundidee des Verfahrens, das die ATRAP Forscher verwendet haben, um die Antiwasserstoff-Atome zu untersuchen.

Die quantenmechanischen Zustände der Atome unterscheiden sich in dem mittleren Abstand von Antiproton und Positron. Sie verraten dem Physiker wichtige Details über die Struktur des Antiwasserstoffs. Einen ersten Hinweis auf solche Zustände der Atome haben die Forscher gewonnen, indem sie bestimmten, bei welchen elektrischen Feldern die Antiwasserstoff-Atome in ihrer Apparatur zerlegt werden.

Indem sie die Antiwasserstoff-Atome wie oben beschrieben zerlegen, können die Wissenschaftler von ATRAP Störsignale beim Nachweis der Antiatome vollkommen unterdrücken. Diese Vorgehensweise ist bislang einzigartig in diesem Gebiet. Bei herkömmlichen Experimenten entstehen typischerweise Störereignisse, die nicht von echten Antiwasserstoff-Signalen unterschieden werden können. Dieser Umstand erlaubte lediglich eine Abschätzung des Mittelwertes der falschen Ereignisse. Einzelnen Signalen kann hingegen nicht "Wahr" oder "Falsch" zugeordnet werden. In dem störungsfreien Nachweis, den die Forscher von ATRAP erstmals erreicht haben, ist jedes beobachtete Antiwasserstoff-Signal "echt".

Neben ATRAP widmet sich am CERN noch ein zweites Experiment, ATHENA, der Untersuchung von Antiwasserstoff-Atomen. Beide verwenden für die Erzeugung dieses Elementes der Antimaterie Antiprotonen, die vom "Antiprotonen Abbremser" (engl. Antiproton Decelerator) des CERN geliefert werden. Der ATHENA Kollaboration stehen wesentlich höhere Positronenraten zur Verfügung. Wie kürzlich in der Zeitschrift Nature berichtet, wurde die Erzeugung von Antiwasserstoff im ATHENA Experiment dadurch nachgewiesen, dass die erzeugten Antiwasserstoff-Atome auf gewöhnliche Materie treffen und ihre Existenz durch die gleichzeitige Vernichtung der Bestandteile, von Antiprotonen und Positronen, verraten.

Beteiligte Institutionen und ihre Kontaktpersonen:

Forschungszentrum Jülich
Professor Walter Oelert
IKP-1, Forschungszentrum Jülich
D-52425 Jülich, Germany
Tel.: +49 2461 61 4156 (3091)
Fax: +49 2461 61 3930
CERN-Tel.: +41 22 76 79813 (75829) (71758)
Handy: +49 178 7190524
E-mail: w.oelert@fz-juelich.de

Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching, Germany)
und Ludwig-Maximilians-Universität München (Germany)
Dr. Jochen Walz (CERN-Fellow 2001--2002)
Hans-Kopfermann-Strasse 1
D-85748 Garching, Germany
Tel.: +49 8932 905 281 (207)
FAX: +49 8932 905 207
CERN-Tel.: +41 22 76 79813
E-mail: jcw@mpq.mpg.de

Harvard Universität (Cambridge, MA, USA)
Professor Gerald Gabrielse
Physics Department
Harvard University
Cambridge, MA 02138, USA
Tel.: +001 617 495 4381
Handy: +001 617 834 7929
CERN-Tel.: +41 22 76 79813
CERN-Handy: +41 79 201 4281
E-mail: gabrielse@physics.harvard.edu

York Universität
Professor Eric Hessels
Department of Physics and Astronomy
Petrie Science Building
Toronto, Ontario M3J 1P3, Canada
E-mail: hessels@york.ca
CERN-Tel.: +41 22 76 79813

Peter Schäfer | idw
Weitere Informationen:
http://www.fz-juelich.de

Weitere Berichte zu: ATRAP Antiproton Antiwasserstoff-Atom CERN Kollaboration

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Schnell wachsende Galaxien könnten kosmisches Rätsel lösen – zeigen früheste Verschmelzung
26.05.2017 | Max-Planck-Institut für Astronomie

nachricht 3D-Graphen: Experiment an BESSY II zeigt, dass optische Eigenschaften einstellbar sind
24.05.2017 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

Staphylococcus aureus ist aufgrund häufiger Resistenzen gegenüber vielen Antibiotika ein gefürchteter Erreger (MRSA) insbesondere bei Krankenhaus-Infektionen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts haben immunologische Prozesse identifiziert, die eine erfolgreiche körpereigene, gegen den Erreger gerichtete Abwehr verhindern. Die Forscher konnten zeigen, dass sich durch Übertragung von Protein oder Boten-RNA (mRNA, messenger RNA) des Erregers auf Immunzellen die Immunantwort in Richtung einer aktiven Erregerabwehr verschieben lässt. Dies könnte für die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs bedeutsam sein. Darüber berichtet PLOS Pathogens in seiner Online-Ausgabe vom 25.05.2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist ein Bakterium, das bei weit über der Hälfte der Erwachsenen Haut und Schleimhäute besiedelt und dabei normalerweise keine...

Im Focus: Can the immune system be boosted against Staphylococcus aureus by delivery of messenger RNA?

Staphylococcus aureus is a feared pathogen (MRSA, multi-resistant S. aureus) due to frequent resistances against many antibiotics, especially in hospital infections. Researchers at the Paul-Ehrlich-Institut have identified immunological processes that prevent a successful immune response directed against the pathogenic agent. The delivery of bacterial proteins with RNA adjuvant or messenger RNA (mRNA) into immune cells allows the re-direction of the immune response towards an active defense against S. aureus. This could be of significant importance for the development of an effective vaccine. PLOS Pathogens has published these research results online on 25 May 2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a bacterium that colonizes by far more than half of the skin and the mucosa of adults, usually without causing infections....

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

DFG fördert 15 neue Sonderforschungsbereiche (SFB)

26.05.2017 | Förderungen Preise

Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

26.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Unglaublich formbar: Lesen lernen krempelt Gehirn selbst bei Erwachsenen tiefgreifend um

26.05.2017 | Gesellschaftswissenschaften