Kosmisches Rätsel: Forscher finden überraschend viel Antimaterie im All

Von Christoph Seidler

Teilchendetektor AMS: Positronen auf der Spur Fotos
NASA

Die Ergebnisse des Experiments sind eine wissenschaftliche Sensation: Erstaunlich große Mengen Antimaterie strömen durch den Weltraum. Das haben Forscher jetzt mit Hilfe eines Teilchendetektors auf der Internationalen Raumstation nachgewiesen. Es könnte ein Hinweis auf die mysteriöse Dunkle Materie sein.

Es ist ein Wunder, dass das Universum überhaupt existiert. Schließlich entstand beim Urknall vor 13,8 Milliarden Jahren neben der uns heute bekannten Materie beinahe genau so viel Antimaterie. Und weil sich ein Teilchen und sein Antiteilchen gegenseitig spektakulär auslöschen, gab es kurz nach der Geburt unseres Kosmos ein gigantisches Feuerwerk.

Warum dabei überhaupt noch Materie übrig blieb, über diese Frage zerbrechen sich Forscher bis heute den Kopf. Doch aus den Überbleibseln des kosmischen Gemetzels entstanden Galaxien, Sterne, Planeten - und auch wir Menschen. Antimaterie begegnet uns dagegen nur selten. Ihre Partikel sind Teil einer geheimnisvollen Parallelwelt, über die wir kaum etwas wissen. Zwar haben Forscher kleinste Mengen an Antimaterie herstellen und einfangen können. Doch größere Antimaterie-Partikel ließen sich bis heute nicht aufspüren.

Ein riesiges Experiment auf der Internationalen Raumstation fahndet seit knapp zwei Jahren nach Antiteilchen. Gibt es irgendwo im All Bereiche, die nur aus Antimaterie bestehen? Wenn ja, sollten sich zumindest einzelne größere Antiatome aufspüren lassen. Die Raumfähre "Endeavour" hatte dazu bei ihrem letzten Flug das tonnenschwere Alpha-Magnet-Spektrometer (AMS) ins All gebracht. Nun hat das zuständige Wissenschaftlerteam um Physik-Nobelpreisträger Samuel Ting ein erstes, durchaus spektakuläres Zwischenergebnis verkündet: Die kosmische Strahlung enthält deutlich mehr Positronen, also Antielektronen, als zu erwarten wäre.

Im Grundsatz hatten das frühere Experimente bereits nahegelegt. Doch mit AMS ist der Nachweis nun in bisher ungekannter Präzision gelungen: Unter gut 25 Milliarden untersuchten Partikeln aus der Tiefe des Alls fanden sich binnen anderthalb Jahren rund 400.000 Positronen. Und der Partikelstrom ändert sich weder mit der Zeit noch mit der Beobachtungsrichtung. Auf einem Seminar am Genfer Kernforschungszentrum Cern stellte Ting die Ergebnisse am Mittwochnachmittag vor - und war damit schneller als die US-Weltraumbehörde Nasa. Die hatte für den Abend ebenfalls eine Pressekonferenz angesetzt.

Wo kommen die Teilchen eigentlich her?

Die Ergebnisse sollen im Fachblatt "Physical Review Letters" veröffentlicht werden. Für die Wissenschaft sind sie eine Sensation - auch wenn AMS nicht wie auch erhofft größere Antiatome, Antihelium zum Beispiel, finden konnte. Bisher zumindest. "Eine neue Quelle von Antimaterie zu entdecken, ist keine Kleinigkeit", lobt daher Stefan Schael von der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule in Aachen. Er ist an der Auswertung der AMS-Ergebnisse beteiligt.

Das Problem: Noch wissen die Wissenschaftler nicht, wo die Positronen eigentlich herkommen. Frühere Beobachtungen mit dem Weltraumteleskop "Fermi" können sie nicht nachvollziehen. Danach entstehen große Mengen an Positronen bei Gewittern auf der Erde. Stattdessen favorisieren die Wissenschaftler andere Erklärungsansätze:

  • Die Teilchen könnten zum einen aus astrophysikalischen Quellen stammen, aus Pulsaren zum Beispiel. Bisher kennen Forscher etwa 1700 dieser extrem schnell rotierenden Neutronensterne. Als eine Art kosmischer Leuchtturm schicken sie Strahlung ins All. Diese energiereichen Photonen können zu Paaren von Elektronen und Positronen zerfallen. Möglicherweise hat AMS die Ergebnisse dieser sogenannten Paarbildungsreaktion nachgewiesen.

  • Die überschüssigen Positronen könnten zum anderen auch ein Hinweis auf die mysteriöse Dunkle Materie sein. Das wäre für die Forscher wohl noch deutlich interessanter. Schließlich ließ sich die exotische Substanz bisher nur sehr schwer nachweisen, wenn überhaupt. Und dass, obwohl Dunkle Materie 26,8 Prozent des Universums ausmachen soll. Sollten die nun beobachteten Positronen tatsächlich Hinweise darauf sein, dann wären sie bei der sogenannten Annihilation der Dunklen Materie entstanden. So heißt der Prozess, bei dem sich deren Teilchen gegenseitig auslöschen. Die exotischen Partikel sind nämlich - auch wenn es extrem schwer vorstellbar ist - laut Modell gleichsam ihre eigenen Antiteilchen. Und treffen sie aufeinander, dann verschwinden sie. Nur weil das in den Weiten des Alls so selten passiert, kann überhaupt noch Dunkle Materie existieren.

"In den kommenden Monaten wird uns AMS schlüssig sagen können, ob diese Positronen ein Signal der Dunklen Materie sind oder einen anderen Ursprung haben", hofft Chef-Forscher Samuel Ting. Etwas schwierig ist, dass AMS eigentlich zu viele Positronen nachgewiesen hat, um sie mit klassischen Modellen der Annihilation Dunkler Materie zu erklären.

Um wiederum etwas exotischere Modelle der Forscher zu bestätigen, könnte der gigantische Teilchenbeschleuniger LHC am Cern helfen. Dort war im vergangenen Sommer das lang gesuchte Higgs-Boson nachgewiesen worden. Derzeit sind die Anlagen abgeschaltet - weil der LHC weiter aufgerüstet wird. Ab dem Jahr 2015 sollen die Teilchenkollisionen in dem unterirdischen Ring mit doppelter Wucht erfolgen.

Und wohl nicht nur Stefan Schael hofft, dass dabei ein weiteres Teilchen entdeckt wird, das Hinweise auf die Dunkle Materie liefert. "Ich würde wetten, dass wir da etwas finden", sagt der Aachener Forscher. "Wenn das Teilchen in Elektronen und Positronen zerfällt und auch noch die richtige Masse hat, dann haben wir es geschafft."

Dann würde sich wohl auch endgültig klären lassen, was der Teilchendetektor AMS auf der Internationalen Raumstation eigentlich genau entdeckt hat.

Dem Autor auf Twitter folgen:

Anmerkung der Redaktion: In einer früheren Version des Artikels hieß es, Photonen würden an einem Pulsar beschleunigt. Wir haben den Fehler korrigiert und bitten um Entschuldigung.

Diesen Artikel...
Aus Datenschutzgründen wird Ihre IP-Adresse nur dann gespeichert, wenn Sie angemeldeter und eingeloggter Facebook-Nutzer sind. Wenn Sie mehr zum Thema Datenschutz wissen wollen, klicken Sie auf das i.

Auf anderen Social Networks teilen

  • Xing
  • LinkedIn
  • Tumblr
  • studiVZ meinVZ schülerVZ
  • deli.cio.us
  • Digg
  • reddit
Forum - Diskutieren Sie über diesen Artikel
insgesamt 114 Beiträge
Alle Kommentare öffnen
    Seite 1    
1. Photonen beschleunigt?
mf_sunnyvale 03.04.2013
Hmm, meines Wissens breiten sich Photonen (im Vakuum) immer mit derselben Geschwindigkeit "c", der Lichtgeschwindigkeit aus. Antimaterie kann entstehen wenn Photonen eine höhere Energie transportieren als jene, die der doppelten Ruhemasse von Elektronen entspricht - dies wären 2 x 511 keV. Dabei hilft es wenn ein starkes Gravitationsfeld vorhanden ist.
2. Bitte mehr Fördermittel für Physiker
joris_bln 03.04.2013
Das ist die große Sensation! Sie zeigt, wie unvollkommen und spekulativ die aktuellen Modelle sind. In dieser Frage sitzen die Physiker mit den Klimaforschern im selben Boot. Die Frage der Quantität der Dunklen Materie ist insoweit ganz interessant, da einige wenige Prozente mehr oder weniger darüber entscheiden, ob sich das Universium langfristig ausdehnt oder wieder zusammenzieht. Da das ganze in so ca. 10 bis 20 Milliarden Jahren auch für die Menschen auf der Erde von Belang sein wird, sollte die Forschung in dieser Richtung nachhaltig intensiviert werden. Voraussetzung für die Relevanz ist natürlich auch, dass die Klimaforscher ihre Prognosen für das Wetter in den nächsten 2-3 Milliarden Jahren mal auf die Reihe bekommen.
3. Sensationelle Erkenntnis!!!!
zweifler001 03.04.2013
Absolut neu ist, daß man Photonen beschleunigen kann! Diese bahnbrechende Erkenntnis geht aber vermutlich mehr auf die SPON-Redaktion zurück als auf die beteiligten Physiker
4. Könnte...
donnerfalke 03.04.2013
---Zitat--- Es könnte ein Hinweis auf die mysteriöse Dunkle Materie sein ---Zitatende--- Es könnte auch der vergessene Putzlappen einer Putzfrau sein. Was die Wissenschaft letzte Zeit für lustige mysteriöse Behauptungen abliefert ist einfach nur lächerlich.
5. danke fuer die ganzen lacher
hinzkunz001 03.04.2013
Zitat von joris_blnDas ist die große Sensation! Sie zeigt, wie unvollkommen und spekulativ die aktuellen Modelle sind. In dieser Frage sitzen die Physiker mit den Klimaforschern im selben Boot. Die Frage der Quantität der Dunklen Materie ist insoweit ganz interessant, da einige wenige Prozente mehr oder weniger darüber entscheiden, ob sich das Universium langfristig ausdehnt oder wieder zusammenzieht. Da das ganze in so ca. 10 bis 20 Milliarden Jahren auch für die Menschen auf der Erde von Belang sein wird, sollte die Forschung in dieser Richtung nachhaltig intensiviert werden. Voraussetzung für die Relevanz ist natürlich auch, dass die Klimaforscher ihre Prognosen für das Wetter in den nächsten 2-3 Milliarden Jahren mal auf die Reihe bekommen.
zum ersten...die menschen muessen sich keine sorgen machen was auf der erde in 10-20 Mrd jahren so los ist, denn dann ist die erde weg, da wir vorher unsere Sonne die Erde wohl zerstoeren wird, so in ca 4 Mrd jahren sagt man. Zum 2: In 2-3 Mrd jahren wird sich das Klima gewaltig geaendert haben da es extrem warm wird, durch die ausdehnung der Sonne wird dann eh keiner mehr auf der erde leben koennen.
Alle Kommentare öffnen
    Seite 1    
News verfolgen

HilfeLassen Sie sich mit kostenlosen Diensten auf dem Laufenden halten:

alles aus der Rubrik Wissenschaft
Twitter | RSS
alles aus der Rubrik Natur
RSS
alles zum Thema Physik
RSS

© SPIEGEL ONLINE 2013
Alle Rechte vorbehalten
Vervielfältigung nur mit Genehmigung der SPIEGELnet GmbH

SPIEGEL ONLINE Schließen


  • Drucken Versenden
  • Nutzungsrechte Feedback
  • Kommentieren | 114 Kommentare
  • Zur Startseite
So ist das Universum aufgebaut
Dunkle Materie: 26,8 Prozent

Gewöhnliche Materie: 4,9 Prozent

Dunkle Energie: 68,3 Prozent