Antimaterie für Minuten eingesperrt

Wissenschaftlern am Cern ist es erstmals gelungen, Anti-Wasserstoffatome so lange festzuhalten, dass sie untersucht werden können

Letztes Jahr berichteten Wissenschaftler des Alpha-Experiments am Kernforschungszentrum CERN, dass es ihnen erstmals gelungen sei, im Teilchenbeschleuniger erzeugte Anti-Wasserstoffatome für 172 ms festzuhalten. Insgesamt konnten bei 335 Wiederholungen des Experiments 38 Anti-Wasserstoffatome erhalten werden, d.h. ihre Existenz konnte durch das Abschalten des von der Falle aufgebauten Magnetfelds in Form von Annihilationen beobachtet werden (Eingesperrte Antimaterie).

Um Anti-Materie untersuchen zu können, müssen Atome gespeichert werden. Das Erhalten von Antimaterie-Atomen erfordert komplizierte Verfahren, da sie sich sofort in Energie auflösen, wenn sie in Kontakt mit Materie kommen. Unbekannt ist, warum Antimaterie, die mit Materie zusammen beim Urknall entstanden ist, verschwunden ist. Wenn man die Eigenschaften von Anti-Wasserstoffatomen untersuchen und mit denen von Wasserstoffatomen vergleichen könnte, dürfte man dem Geheimnis von deren Asymmetrie näher kommen.

Darstellung eines Anti-Wasserstoffatoms nach der Freilassung aus der Magnetfalle. In der Falle bewegt sich das Atom hin und her, die beiden Linien, die von der Falle nach oben und unten gehen, sollen die Pionen veranschaulichen, die als Zerfallsprodukte entstehen, wenn das Anti-Atom auf die innere Wand der Falle trifft. Bild: Cern/Alpha

Jetzt berichtet das internationale Forscherteam in Nature Physics von deutlichen Fortschritten. Nun wurden 309 Anti-Wasserstoffatome für bis zu 1.000 Sekunden, fast 17 Minuten, in der Magnetfalle festgehalten. Auch die Methode wurde optimiert, bei fast jedem Experiment konnte ein Anti-Atom eingefangen werden.

Nachweisen konnte man die Atome wiederum erst durch deren Annihilierung, die eintritt, wenn der Magnet ausgeschaltet wird. Als großer Erfolg wird gewertet, dass die eingesperrten Atome nach einer Sekunde den Grundzustand, also den Zustand der geringsten Energie, erreicht hatten. Damit sollte sich auch das grundlegende CPT-Theorem überprüfen lassen, also der Symmetrie bei der Transformation von Ladung, Parität und Zeit. Ein Atom das in der Zeit vorwärts durch das Universum reist, müsste nach dem CPT-Theorem von einem Antimaterie-Atom, das in der Zeit rückwärts in einem Spiegeluniversum reist, ununterscheiddbar sein. Wasserstoffatome und Anti-Wasserstoffatome müssten auch identische Spektren haben. Würde sich zeigen, dass es eine Verletzung der grundlegenden Symmetrie gibt, dann würde dies, so der Sprecher für die Alpha-Gruppe, Jeffrey Hangst von Universität Aarhus, "ein ernsthaftes Überdenken unseres Verständnisses der Natur erforderlich machen. Aber die Hälfte des Universums ist verschwunden, so steht ein Überdenken offensichtlich auf der Agenda."

Alpha-Labor. Bild: Cern/Alpha

Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass die Atome auch länger als 1000 Sekunden gespeichert werden können, aber auch schon 1000 Sekunden ist genügend Zeit, um Messungen vorzunehmen. So wurde nun erstmal die Energieverteilung der Antimaterie-Atome vorgenommen, in nächsten Versuchen will man mit Mikrowellen experimentieren, um zu sehen, ob die Anti-Wasserstoffatome dieselbe Frequenz haben.

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