LHC: Physiker haben mögliche Erklärung für Materie-Asymmetrie

Materie und Antimaterie verhalten sich möglicherweise nicht symmetrisch. Forscher des LHC haben bei einem Experiment Abweichungen beim Zerfall von bestimmten Materieteilchen und ihrer Antimaterie-Pendants entdeckt.

Artikel veröffentlicht am 18. November 2011, 17:13 Uhr, Werner Pluta

Simuliertes Ereignis im LHCb: Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie? (Bild: Cern)

Physiker des Experiments LHCb am Teilchenbeschleuniger Large Hadron Collider (LHC) sind möglicherweise der Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie auf der Spur. Ihre Beobachtungen legen nahe, dass sich Materie und Antimaterie entgegen den Annahmen des Standardmodells nicht gleich verhalten.

Sein oder Nichtsein

Antimaterie ist das Spiegelbild der Materie: Beide sind identisch aufgebaut, haben aber entgegengesetzte Ladungen. Ein Wasserstoffatom etwa besteht aus einem Proton und einem Elektron, ein Antiwasserstoff aus einem Antiproton und einem Positron. Treffen beide aufeinander, löschen sie sich gegenseitig aus. Eigentlich hätte also gleich nach dem Urknall alles schon wieder vorbei sein müssen.

Stattdessen gibt es ein Universum, das aus Materie besteht. Bisher sind noch keine Himmelskörper entdeckt worden, die aus Antimaterie bestehen. Allerdings hat die Wissenschaft noch keine Erklärung dafür, weshalb die Natur Materie der Antimaterie vorzieht.

Zerfall von Mesonen

Eine mögliche Erklärung liefern Ergebnisse des Experiments Large Hadron Collider beauty (LHCb): Die Wissenschaftler beobachteten das Verhalten von D-Mesonen. Mesonen sind subatomare Teilchen, die bei Protonenkollisionen entstehen und in Bruchteilen einer Sekunde zerfallen

Nach dem Standardmodell müssten D-Mesonen und ihre Antiteilchen in Paare von Kaonen oder Pionen sowie deren jeweiligen Antimaterie-Pendants zerfallen, und das in etwa zu gleichen Teilen. Tatsächlich stellten die Wissenschaftler eine Abweichung von 0,82 Prozent fest.

Abweichungen auch im Tevatron

Eine mögliche Erklärung ist, dass Materie und Antimaterie doch nicht ganz symmetrisch ist, es also eine sogenannte CP-Verletzung gibt. Tatsächlich haben auch schon Wissenschaftler des Collider Detector at Fermilab (CDF) bei einem Experiment am Teilchenbeschleuniger Tevatron des Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) eine Abweichung beim Zerfall von D-Mesonen festgestellt. Bei ihnen lag der Unterschied bei 0,46 Prozent.

Die LHCb-Wissenschaftler sind jedoch vorsichtig. Ihre Ergebnisse hätten eine statistische Sicherheit von 3,5 Sigma. Damit sei "dieses Resultat jedoch noch weit davon entfernt", um von einer Entdeckung zu sprechen. Ein Ergebnis von 3 Sigma hat nur eine kleine Aussagekraft. "Wirklich interessant werden", erklären die LHCb-Wissenschaftler, "Ereignisse ab einem Level von Sigma 4. Ab einem Sigma 5 Level gilt es als eine neue Entdeckung."

Mehr Daten auswerten

Jetzt gelte es, mehr Daten auszuwerten, um Gewissheit zu bekommen, sagte Matthew Charles dem Wissenschaftsmagazin Science. Die Ergebnisse, die die Forscher auf dem Hadron Collider Physics Symposium 2011 in Paris vorgestellt haben, beruhten auf etwa 60 Prozent der Daten aus dem Jahr 2011. Charles ist Physiker an der Universität im englischen Oxford und Mitglied der LHCb-Mannschaft.

Sein LHCb-Kollege Paul Harrison glaubt allerdings nicht an einen Durchbruch: "Ich verwette meine Pension nicht darauf, dass dieses Resultat dem Test an weiteren Daten standhält", sagte der Physiker von der Universität im englischen Warwick.