Symmetrie gewahrt

Antimaterie wiegt soviel wie Materie

Materie und Antimaterie sind zwar unterschiedlich geladen, haben aber sonst einander entsprechende Eigenschaften. Wissenschaftler am Cern haben nachgewiesen, dass ein Materieteilchen und sein Pendant aus Antimaterie die gleiche Masse haben.

Artikel veröffentlicht am 28. Juli 2011, 15:54 Uhr, Werner Pluta

Teils Materie, teils Antimaterie: Heliumatom mit einem Antiproton (schwarz) (Bild: Max-Planck-Institut für Quantenoptik)

Antimaterie ist das Spiegelbild der Materie: Beide sind identisch aufgebaut, haben jedoch entgegengesetzte Ladung. Ein Wasserstoffatom etwa besteht aus einem Proton und einem Elektron, ein Antiwasserstoff hingegen aus einem Antiproton und einem Positron. Eine Gruppe von Wissenschaftlern aus Japan und Europa hat erstmals experimentell bewiesen, dass diese Symmetrie zwischen Materie und Antimaterie existiert.

Halb-und-halb-Helium

Das Team vom Cern-Experiment Asacusa um Masaki Hori hat ein Helium-Atom vermessen, bei dem zuvor eines der beiden Elektronen durch ein Antiproton ersetzt wurde - mit anderen Worten: Das Helium-Atom bestand zum Teil aus Antimaterie. Die Wissenschaftler verglichen die Masse des verbliebenen Elektrons mit der des Antiprotons. Die Messung ergab, dass das Antiproton 1.836,1526736 Mal so schwer ist wie das Elektron. Das entspricht dem Verhältnis der Masse eines Protons zu der eines Elektrons.

Das Ergebnis zeigt, dass tatsächlich eine Symmetrie zwischen Materie und Antimaterie herrscht. Wäre bei der Messung etwas anderes herausgekommen, dann hätte das ein fundamentales Gesetz der Physik, das Charge-Parity-Time-Theorem (CTP), außer Kraft gesetzt, sagte Mori.

Verkehrte Welt

Das CPT-Theorem geht davon aus, dass es zu unserer Welt der Materie ein Gegenstück gibt. Dieses besteht aus Antimaterie, also umgekehrt geladenen Teilchen. In dieser Welt ist der Raum verkehrt - rechts ist also dort links. Außerdem ist der Fluss der Zeit umgekehrt. Abgesehen von der Umkehrung der Ladung, des Raums und der Zeit entspricht die Antiwelt aber unserer Welt. Antimaterieteilchen müssen demnach dieselbe Masse wie Materieteilchen haben und sie müssen mit denselben Frequenzen schwingen. Das haben Mori und seine Kollegen bestätigt.

"Wir haben die Masse des Antiprotons im Verhältnis zur Masse des Elektrons auf 10 Dezimalstellen genau bestimmt", resümiert Masaki Hori. "Dies untermauert die Gültigkeit des CPT-Theorems. Darüber hinaus lernen wir, dass Antiprotonen den gleichen nichtlinearen Regeln der Quantenoptik unterliegen wie normale Teilchen, und wir sie ganz genauso mit Laserlicht beeinflussen können." Ihre Erkenntnisse beschreiben die Forscher im britischen Fachmagazin Nature.