Gesundheit : Vereinigung der Gegensätze

Achtung, explosiv: US-Physiker haben einen Stoff erzeugt, der gleichzeitig aus Materie und Antimaterie besteht

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Physiker und Science-Fiction-Fans wissen, was passiert, wenn Materie und Antimaterie zusammenkommen: Es gibt eine Explosion. Die gesamte Masse der Materie- und Antimaterieteilchen wandelt sich nach Einsteins Gleichung E = mc2 in Energie um. Schon wenn ein Gramm Materie und ein Gramm Antimaterie zusammenprallen, entsteht eine Energiemenge von 40 Tera-Kalorien, das ist eine Vier mit dreizehn Nullen. Gelänge es, eine Antimaterie-Bombe zu bauen, könnte diese mit wenigen Gramm „Sprengstoff“ eine Großstadt in Schutt und Asche legen.

Der physikalische Mechanismus, der dahinter steht, ist die Paarvernichtung oder Paarzerstrahlung: Trifft ein Elementarteilchen auf sein Gegenstück aus der Anti-Welt, dann löschen sie sich in einem Lichtblitz gegenseitig aus; die in ihnen enthaltene Masse verwandelt sich in energiereiche elektromagnetische Strahlung. Das bekannteste Beispiel hierfür ist die Elektron-Positron-Reaktion, bei der ein negativ geladenes Elektron und sein positiv geladenes Pendant, das Positron, zu zwei Lichtteilchen zerstrahlen.

Die Idee, aus Materie- und Antimaterieteilchen Moleküle zusammenzubauen, wirkt daher etwas sonderbar. Genau das scheint amerikanischen Physikern jetzt aber gelungen zu sein. Allen Mills von der Universität von Kalifornien in Riverside und seine Kollegen teilten in der Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ mit, dass sie wahrscheinlich Positronium-Moleküle erzeugt hätten. Was muss man sich darunter vorstellen?

Das einfachste Element ist Wasserstoff. In einem Wasserstoffatom bewegt sich ein negativ geladenes Elektron um einen positiv geladenen Atomkern, der aus nur einem Proton besteht. Proton und Elektron werden elektrisch angezogen. Nun ist denkbar, das Proton durch ein Positron zu ersetzen – durch ein positiv geladenes Anti-Elektron. Dies gelang einer Forschergruppe um den Physiker Martin Deutsch bereits 1951. Das entstehende Elektron-Positron-Gebilde heißt Positronium. Weil das Anti-Elektron nur den zweitausendsten Teil der Masse eines Protons auf die Waage bringt, handelt es sich beim Positronium um ein ultraleichtes Wasserstoffatom.

Wasserstoffatome lagern sich jeweils paarweise zu H2-Wasserstoffmolekülen zusammen. Theoretisch sollte es möglich sein, Positronium- Atome ebenfalls zu Molekülen zusammenzufügen. 1992 brachten dänische Forscher es fertig, ein Positronium mit einem Wasserstoffatom zu einem Positronium-Wasserstoff-Molekül zu kombinieren.

Um zu prüfen, ob sich auch zwei Positronium-Atome zusammenlegen lassen, richteten Mills und sein Team einen Positronenstrahl auf einen kleinen Körper aus porösem Silizium. Während die Positronen auf die Substanz einhagelten, schlugen sie Elektronen aus den Hüllen der Siliziumatome und verbanden sich mit ihnen zu Positronium-Atomen.

Diese sammelten sich in den winzigen Siliziumporen. Ihre Dichte dort, so hatten die Wissenschaftler vorher spekuliert, müsse so stark anwachsen, dass sie des Öfteren miteinander kollidieren und sich dabei spontan zu Molekülen zusammenlagern sollten. Freilich waren die Positronium-Atome nicht stabil: Schon nach Sekundenbruchteilen vernichteten sich das Elektron und das Positron mittels Paarzerstrahlung und gaben dabei einen Gammastrahlenblitz ab.

Mills und seine Kollegen untersuchten die Häufigkeit dieser Blitze. Ihre Erwartung: In den Siliziumporen ist die Positronium-Dichte hoch, folglich sollte es dort häufig zu Paarzerstrahlungen kommen, folglich sollten dort häufig Gammablitze zu registrieren sein. Es zeigte sich jedoch, dass die Gammastrahlenaktivität noch höher ausfiel als erwartet. Die Wissenschaftler schließen daraus, dass einige der Positronium-Atome sich zu Molekülen zusammenlagerten. Analog zur Schreibweise für molekularen Wasserstoff lautet die Schreibweise für ein Positronium-Molekül Ps2.

„Dieser Erfolg ist eine beachtliche experimentelle Leistung“, sagt Christoph Wetterich, Theoretischer Physiker an der Uni Heidelberg. Diese Versuche könnten klären, ob sich Antimaterie ähnlich verhält wie „normale“ Materie. Zwar sei dies zu erwarten, aber Gewissheit könnten eben nur Experimente liefern.

Allerdings ist das Ergebnis der amerikanischen Physiker nicht hieb- und stichfest, für die Ergebnisse gibt es auch alternative Erklärungen. Es könnte sein, dass das Silizium kleine Risse aufwies, in denen es zu einer zusätzlichen Kompression der Positroniumatome kam – und mithin zu der hohen Gammastrahlenaktivität. Mills und Kollegen wollen dies in künftigen Versuchen prüfen.

Kann man mit molekularem Positronium etwas anfangen? Manche Forscher spekulieren, dass sich daraus Positronium-Wasser herstellen ließe: Ps2O. Wofür auch immer man Ps2O einsetzen wollte, der Anwender müsste sich sehr beeilen: Das Materie-Antimaterie-Wasser würde ihm binnen eines Wimpernschlags um die Ohren fliegen.

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