Teilchenphysik-Durchbruch Forscher erzeugen Rekord-Antimaterie

Sie existiert nur für Bruchteile von Sekunden und kann dennoch viel übers Universum verraten: in Teilchenbeschleunigern erzeugte Antimaterie. Jetzt haben Physiker erstmals Antihelium-4-Kerne nachgewiesen - das könnte nützlich sein bei der Suche nach ähnlichen Teilchen in den Tiefen des Alls.
Relativistic Heavy Ion Collider: Kollision von Goldionen

Relativistic Heavy Ion Collider: Kollision von Goldionen

Foto: Getty Images

Wo findet sich Antimaterie im Universum? Die Frage beschäftigt Physiker seit langem. Eigentlich müssten beim Urknall Materie und Antimaterie zu gleichen Teilen entstanden sein - so die Theorie. Dann aber hätten sich die Teilchen gegenseitig vernichten müssen: Denn wenn Materie und Antimaterie aufeinandertreffen, zerstören sie sich, wobei gewaltige Energiemengen frei werden.

Doch so ist es nicht gekommen, stattdessen leben wir in einem von Materie dominierten Universum. Eventuell liegt der Grund in kleinen Asymmetrien, die dafür sorgten, dass die Materie sich durchsetzte - und Antimaterie eine exotische Ausnahme darstellt. Etwa in Form von Positronen, den positiv geladenen Gegenteilchen zu Elektronen, die in Gewitterwolken entstehen.

Oder existieren im Weltraum ganze Galaxien, die aus Antimaterie aufgebaut sind - so wie unsere aus Materie? Das Alpha-Magnetspektrometer 2 (AMS), das Ende April mit dem Space Shuttle "Endeavour" die Internationale Raumstation ISS erreichen soll, wird unter anderem nach Antimaterie fahnden.

Falls AMS fündig wird, könnten jetzt im Fachmagazin "Nature" veröffentlichte Daten  hilfreich sein. Die "Star Collaboration", ein Zusammenschluss internationaler Forschergruppen, meldet einen neuen Rekord: Den Wissenschaftlern ist erstmals gelungen, Antihelium-4-Kerne in einem Teilchenbeschleuniger zu erzeugen und nachzuweisen. Die Kerne bestehen aus zwei Antiprotonen und zwei Antineutronen. Die schwersten bisher beobachteten Antimaterie-Teilchen waren Antihelium-3-Kerne.

Bedingungen wie kurz nach dem Urknall

Das Antihelium wurde am Brookhaven National Laboratory im US-Bundesstaat New York erzeugt. Am "Relativistic Heavy Ion Collider" beschleunigen die Physiker Goldionen fast bis auf Lichtgeschwindigkeit und lassen sie aufeinanderprallen. Dadurch entstehen auf kleinstem Raum Bedingungen, wie sie direkt nach dem Urknall geherrscht haben. Bei unvorstellbar hohen Temperaturen bildet sich Quark-Gluonen-Plasma, eine dichte Suppe aus sogenannten Quarks und Antiquarks, den Teilchen aus denen wiederum Protonen und Neutronen - und ihre Antimaterie-Gegenparts - aufgebaut sind. Daher formt sich in den Experimenten auch Antimaterie, welche die Physiker mit ihren Detektoren innerhalb Sekundenbruchteilen nachweisen, bevor sie durch einen Kontakt mit Materie vernichtet wird.

Die Suche nach Antihelium 4 ist dabei mühseliger als die nach der sprichwörtlichen Nadel im Heuhaufen: Bei knapp einer Milliarde Kollisionen wiesen die Physiker eine halbe Billion geladener Teilchen nach. Gerade einmal 18 davon entpuppten sich als Antihelium-4-Kerne.

Die Entdeckung könnte dem bald startenden AMS-Experimenten an Bord der ISS nutzen, hoffen die Physiker. "Falls das AMS im Weltraum Antimaterie nachweisen kann, können die von der Star Collaboration gewonnenen Daten zum Vergleich herangezogen werden", sagte Hank Crawford von der University of California in Berkeley, einer der beteiligten Forscher.

Die Physiker vermuten, dass ihr Rekord lange Bestand hat: Der nächstschwerere Antimaterie-Atomkern, der nicht radioaktiv zerfalle, ist Berechnungen zufolge eine Million Mal seltener. Dessen Erzeugung liege außerhalb der heutigen technologischen Möglichkeiten.

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