Magnetischer Käfig

Wissenschaftler am Cern setzen Antiwasserstoff fest

Am europäischen Kernforschungszentrum Cern haben Wissenschaftler Antimaterieteilchen lange genug erhalten, um sie zu untersuchen. Von den Ergebnissen erhoffen sie sich Aufschluss über den Verbleib der Antimaterie.

Wenn in letzter Zeit vom europäischen Kernforschungszentrum Cern die Rede war, ging es meist um den Large Hadron Collider. Jetzt sorgen Wissenschaftler, die an einem Experiment des Antiproton Decelerator (Antiprotonen-Entschleuniger, kurz AD) arbeiten, für Schlagzeilen: Ihnen sei es gelungen, Antimaterieatome herzustellen und lange genug in einem Magnetfeld festzuhalten, um sie unter die Lupe zu nehmen, schreiben die Wissenschaftler in einem Aufsatz in dem britischen Fachmagazin Nature.

Wasserstoff und Antiwasserstoff

Antimaterie ist der Gegenpart zu Materie: Beide sind identisch aufgebaut, aber haben entgegengesetzte Ladung. Ein Wasserstoffatom etwa besteht aus einem Proton und einem Elektron, ein Antiwasserstoff hingegen aus einem Antiproton und einem Positron. Treffen beide aufeinander, löschen sie sich gegenseitig aus.

Im Vakuum des Experiments Alpha des AD haben die Wissenschaftler Antiwasserstoffatome hergestellt. Dazu werden entschleunigte Antiprotonen mit Positronen zusammengebracht. Doch obwohl die Antimaterie in einem Vakuum entsteht, kommt sie innerhalb von Millisekunden mit normaler Materie in Kontakt und verschwindet. Wird ein Antiwasserstoff jedoch in einem starken Magnetfeld gefangen, lässt sich seine Lebensdauer verlängern.

38 Antiwasserstoffatome

Während der Versuche am Alpha-Experiment waren tausende der Antimaterieteilchen entstanden. Doch nur in 38 Fällen gelang es den Forschern, eines lange genug in der Falle festzuhalten. Das war zwar auch nur etwas mehr als eine Zehntelsekunde, reichte aber aus, um den Antiwasserstoff zu untersuchen. Das Ziel ist, das Energieniveau von Antiwasserstoff mit dem von Wasserstoff zu vergleichen, um herauszufinden, ob die Antimaterie den gleichen elektromagnetischen Kräften ausgesetzt ist wie die normale Materie. Das ist eine wichtige Prämisse für das Standardmodell der Elementarteilchenphysik.

Grafik des Experiments Alpha und des elektrischen Potenzials (Bild: Nature)

1995 stellte ein Team von Wissenschaftlern am Cern zum ersten Mal künstlich Antimaterieatome her. 2002 war es an den AD-Experimenten Athena und Atrap gelungen, Antiwasserstoff in größeren Mengen zu produzieren. Die Ergebnisse von Alpha seien, schreibt das Cern in einer Pressemitteilung, "der jüngste Schritt auf dieser Reise".

Wo steckt sie nur?

Antimaterie stellt Wissenschaftler noch immer vor ein Rätsel. Theoretisch müsste es genauso viel Antimaterie geben wie Materie - beide müssten beim Urknall in gleicher Menge entstanden sein. Doch bisher sind noch keine Himmelskörper entdeckt worden, die aus Antimaterie bestehen. Der Verbleib der Antimaterie ist unbekannt. Ein Vergleich der physikalischen Eigenschaften von beiden Materien soll, so hoffen die Physiker, Aufschluss darüber bringen, weshalb es mehr Materie als Antimaterie gibt.