CERN: Genaueste Vermessung von Materie und Antimaterie findet keine Unterschiede

Auch die mit Abstand präziseste Vermessung von Protonen und Antiprotonen hat keinen Unterschied gefunden. Damit hält das Standardmodell weiter.

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Das Experiment BASE von oben

(Bild: © 2021-2022 CERN (License: CC-BY-4.0))

Von
  • Martin Holland

Bei den bislang genauesten Messungen des Verhältnisses von elektrischer Ladung zur Masse von Protonen und Antiprotonen wurden im Kernforschungszentrum CERN weiterhin keine Unterschiede gefunden. Das hat das Team des Experiments BASE jetzt bekannt gegeben. Mit dem Ergebnis bleibt weiterhin ungeklärt, warum das Universum heute so aussieht, wie es aussieht und sich Materie und Antimaterie nach dem Urknall nicht vollständig gegenseitig ausgelöscht haben. Deswegen geht man gemeinhin davon aus, dass es einen Unterschied gibt. Um den Überhang der Materie zu erklären, müsste der so groß sein, dass das nicht mehr mit dem Standardmodell der Teilchenphysik zusammengeht. Solch eine Differenz wurde bislang aber nicht gefunden.

Wie das Team erläutert, können sich Protonen und die Antiprotonen aus Antimaterie zwar in bestimmten Aspekten unterscheiden, aber die meisten Eigenschaften müssten laut dem Standardmodell identisch sein. Gleichzeitig lasse sich aber so nicht erklären, warum es im Universum so viel mehr Materie als Antimaterie – also identische Teilchen mit entgegengesetzter Ladung – gibt. Sollte also ein Unterschied gefunden werden, könnte dadurch dieses Missverhältnis geklärt und gleichzeitig das Standardmodell gebrochen werden. Das könnte dann zu jener neuen Physik führen, die seit Langem erwartet wird, die sich einem Nachweis aber immer wieder entzieht. Auch die bislang präziseste Vermessung von Protonen und Antiprotonen hat daran nun nichts geändert.

Zwischen Dezember 2017 und Mai 2019 wurden in einer sogenannten Penning-Falle am Baryon Antibaryon Symmetry Experiment (BASE) insgesamt 24.000 Frequenzvergleiche der beiden Elementarteilchen durchgeführt. Dabei handelt es sich um einen elektromagnetischen Behälter, der ein einzelnes geladenes Teilchen speichern und nachweisen kann, erläutert das Max-Planck-Institut für Kernphysik, das an der Forschung beteiligt ist. Aus der Analyse der Frequenzen ließ sich auf die Masse schließen. Die ist demnach mit einer Genauigkeit von 16 Teilen in einer Billion identisch, sie entsprechen einander also bis auf die elfte Nachkommastelle. Das sei um den Faktor vier genauer als vorherige Messungen. Die Arbeit stellt das Team jetzt im Fachmagazin Nature vor.

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Nicht ausgeschlossen ist, dass die erwarteten Unterschiede zwischen Materie und Antimaterie einfach noch kleiner sind, als wir aktuell messen können. Auch können sie sich bei anderen Eigenschaften finden. So soll bei weiteren Messungen nach Differenzen beim magnetischen Moment gesucht werden. Außerdem arbeiten die Forscher und Forscherinnen bereits an noch genaueren Messungen der Masse. Bei einem weiteren Experiment haben sie überdies bereits ermittelt, dass Protonen und Antiprotonen wohl identisch auf Schwerkraft reagieren. Auch hier sind aber weitere und genauere Analysen in Arbeit. Denn immerhin liefert eine Klärung dieses Rätsels der Physik auch eine Antwort darauf, warum wir existieren.

(mho)