Materie und Antimaterie symmetrisch

Materie und Antimaterie wurden beim Urknall, in gleichen Mengen erzeugt. Da sind sich die Physiker und Astronomen weitesgehend einig. Theoretisch und in mathematischen Formeln kann man erklären, warum das sichtbare Universum heute dennoch ausschließlich aus Materie zu bestehen scheint.

Die Forschungsgruppe „Antimatter Spectroscopy“ von dem Physiker Masaki Hori, die mit der Abteilung Laserspektroskopie von Theodor W. Hänsch am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (MPQ) http://mpg.de in Garching assoziiert ist, hat die theoretisch geforderte Symmetrie zwischen Materie und Antimaterie untermauert. Schon oft haben Forscher versucht, künstlich Antimaterie-Teilchen zu erzeugen. Damit wollen sie herausfinden, ob Antimaterie-Teilchen, wie in den Modellen der Teilchenphysik vorhergesagt, exakt die gleichen Eigenschaften haben wie ihre materiellen Gegenstücke, abgesehen von der entgegen gesetzten elektrischen Ladung.

Einsatz der Laserspektroskopie

Indem die Wissenschaftler eine neue Methode der Laserspektroskopie auf antiprotonisches Helium, ein zur Hälfte aus Antimaterie bestehendes Atom, anwandten, gelang es ihnen, das Verhältnis von Antiproton- zu Elektronmasse mit einer Genauigkeit von 1,3 mal 10-9 zu bestimmen. Ihr Ergebnis stimmt exakt mit dem mit gleicher Genauigkeit bestimmten Verhältnis von Proton- zu Elektronmasse überein. Das Experiment wurde am Europäischen Forschungszentrum für Teilchenphysik CERN in Genf ausgeführt, unter Leitung von Wissenschaftlern des MPQ und der Universität Tokio. Maßgeblich beteiligt waren außerdem die Universität Brescia, das Stefan Meyer-Institut in Wien und das ungarische KFKI Forschungsinstitut in Budapest.

Allen gegenwärtigen theoretischen Konzepten und experimentellen Beobachtungen zufolge herrscht in der Natur eine fundamentale Symmetrie. „Dieses Theorem postuliert, dass eine „Antiwelt“, in der alle Materie im Universum durch Antimaterie ersetzt, rechts und links vertauscht und überdies der Fluss der Zeit umkehrt wird, von unserer realen Welt nicht zu unterscheiden ist“, erklärt MPQ-Sprecherin Olivia Meyer-Streng im pressetext-Gespräch. Atome aus Antimaterie müssten demnach präzise dasselbe wiegen wie ihre materiellen Gegenstücke und auch mit exakt denselben Frequenzen schwingen. Könnte experimentell ein noch so kleiner Unterschied zwischen Materie und Antimaterie festgestellt werden, so würde das einen Bruch dieser fundamentalen Symmetrie bedeuten.

Erste Forschungsansätze 1997

Antimaterie ist nur sehr schwer im Labor zu untersuchen, da sie bereits beim geringsten Kontakt mit gewöhnlicher Materie, und sei es auch nur einem einzelnen Luftmolekül, zerstrahlt und sich dabei in Energie und neue Teilchen umwandelt. 1997 bauten Forscher des MPQ in Zusammenarbeit mit dem CERN in Genf sowie weiteren europäischen, amerikanischen und japanischen Gruppen eine neue Anlage namens „Antiprotonen Decelerator“ (Abbremser). Hier werden die in Teilchenkollisionen bei hohen Energien erzeugten Antiprotonen gesammelt, zirkulieren in einer ringförmigen Vakuumkammer von 190 Meter Umfang und werden dort schrittweise abgebremst, bevor sie den Experimenten zugeführt werden.