Wissen: Eine Falle für Antimaterie

Um eines der größten kosmischen Rätsel zu lösen, betreiben Physiker des europäischen Kernforschungszentrums Cern bei Genf großen technischen Aufwand. Mit einer Maschine namens „Alpha“ wollen sie dem Geheimnis auf die Spur kommen, warum es im Universum keine Antimaterie gibt, sondern nur Materie – obwohl beim Urknall genauso viel Antimaterie entstanden sein muss wie Materie.

Im Fachblatt „Nature“ meldet das Forscherteam von Alpha jetzt einen wesentlichen Fortschritt. Es sei ihnen gelungen, die Antiteilchen von Wasserstoffatomen, kurz Anti-Wasserstoffatome, zu erzeugen und für kurze Zeit festzuhalten, berichtet der dänische Physiker Jeffrey Hangst.

Ziel der Forscher ist es, die Anti-Wasserstoffatome mit Laserlicht zu bestrahlen und festzustellen, welche Lichtwellenlängen sie absorbieren. Nach der gängigen Theorie müsste der Anti-Wasserstoff exakt die gleichen Wellenlängen absorbieren wie „normaler“ Wasserstoff, weil die Antiteilchen zwar entgegengesetzte elektrische Ladungen wie ihre jeweiligen Materie-Kompagnons haben, ansonsten aber keine Unterschiede zu ihnen aufweisen. Sollten dennoch Unterschiede festgestellt werden, würde dies eine Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie aufdecken. Und die wiederum könnte die Frage nach der fehlenden Antimaterie im Kosmos beantworten.

Die große Hürde, die einem solchen Experiment bislang im Weg stand, war, dass Alpha zwar Anti-Wasserstoffatome erzeugen, diese aber nicht an einem Ort festhalten konnte. Das führte dazu, dass die Antiteilchen das Vakuum im Zentrum des Apparates verließen und die Wände berührten. Beim Kontakt mit normaler Materie wird Antimaterie aber vernichtet. Bei einem solchen Zusammentreffen bleibt lediglich Energie übrig. Die Lebensdauer der Anti-Wasserstoffatome war daher zu kurz, um ihre Lichtabsorption zu untersuchen.

Die Forscher der Alpha-Kooperation haben nun eine Art Falle gebaut, welche die Anti-Wasserstoffatome für mehr als eine Zehntelsekunde festhalten kann. Diese Zeit genüge, um die Anti-Atome zu studieren, teilt das Cern mit.

Das Aufhalten gelang mithilfe eines Magneten aus supraleitenden Spulen. Weil die Anti-Wasserstoffatome ein magnetisches Moment aufweisen, also gewissermaßen winzige Kompassnadeln sind, übt das Magnetfeld des Supraleiters eine Kraft auf sie aus. Die komplexe Form des Magnetfeldes führt dazu, dass die Anti-Atome festgehalten werden wie Murmeln in einer Salatschüssel, also zurück in die Mitte getrieben werden, sobald sie sich von ihr wegbewegen.

Insgesamt konnten die Physiker 38 Anti-Wasserstoffatome in ihre Falle sperren. Diese waren zuvor aus Vermischung von zehn Millionen Anti-Protonen und 700 Millionen Positronen, die Antiteilchen der Elektronen, entstanden.

Doch für die angestrebten Präzisionsmessungen reicht diese Menge an Anti-Wasserstoff bei weitem nicht aus. Um wesentlich mehr Anti-Atome einzusperren, sei es nötig, Alpha weiter zu modifizieren, sagt Hangst. Wie lange das noch dauert, wollte er offiziell nicht abschätzen. Christian Meier