Neue Beweise Materie ist stabiler als Antimaterie

Nachdem sie zahllose subatomare Teilchen aufeinander gejagt haben, sind Physiker in Stanford zu einem beruhigenden Ergebnis gekommen: Antimaterie zerfällt leichter als Materie.


Babar-Detektor: Rätselhaftes Ungleichgewicht zwischen Materie und Antimaterie
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Babar-Detektor: Rätselhaftes Ungleichgewicht zwischen Materie und Antimaterie

Unser Universum besteht, wie es scheint, hauptsächlich aus Materie. Obwohl sich Antiteilchen mittlerweile in Teilchenbeschleunigern problemlos erzeugen lassen, konnten Astrophysiker bislang keine größeren Zusammenballungen von Antimaterie im Weltall entdecken. Zum Glück, denn träfe zum Beispiel die Erde auf eine Gegenwelt aus Antiteilchen, würden beide in einem gigantischen Energieblitz aufgehen.

Für Physiker ist die Situation dennoch unbefriedigend: Nach dem Urknall sollten Materie und Antimaterie zu gleichen Teilen entstanden sein. Obwohl sich beide Formen gegenseitig auslöschen, muss am Ende dennoch die Materie als Gewinner aus der kosmischen Ursuppe hervorgegangen sein. Diesen scheinbaren Widerspruch erklären Wissenschaftler mit einer leichten Asymmetrie, die Teilchen von Antiteilchen unterscheidet.

Obwohl das Phänomen seit Jahrzehnten bekannt ist, konnte es bislang nur bei einem Elementarteilchen nachgewiesen werden. Mit Hilfe des Babar-Detektors im kalifornischen Stanford will ein internationales Forscherteam nun den lang ersehnten zweiten Beleg gefunden haben: Auch das so genannte B-Meson ist stabiler als sein Antiteilchen, berichten die Wissenschaftler in einer zur Veröffentlichung in den "Physical Review Letters" eingereichten Studie.

Den ersten Hinweis auf eine leichte Unterlegenheit der Antiteilchen hatten schon 1964 James Cronin und Val Fitch entdeckt, die am Brookhaven National Laboratory das leichtere K-Meson und seinen Gegenpart untersuchten. Die später mit dem Nobelpreis ausgezeichneten Physiker beobachteten dabei, dass es beim Zerfall einen leichten Unterschied zwischen Teilchen und Antiteilchen gab - die so genannte CP-Verletzung.

Seit einiger Zeit versuchen Physiker, diesen Effekt mit Experimenten an verschiedenen Beschleunigern auch für das B-Meson zu bestätigen. Doch die zahllosen Kollisionen zwischen Teilchen und Antiteilchen erbrachten lange kein hinreichend genaues Ergebnis. Maßgeblich ist dabei ein Wert mit der Bezeichnung sin2beta: Bei einer CP-Verletzung sollte er bei 0,7 liegen. Die jüngsten Versuche mit dem Babar-Detektor ergaben für sin2beta eine Größenordnung von 0,59 - zu nah an der Vorhersage, um Zufall zu sein, glauben die Forscher.

"Nach 37 Jahren der Suche nach weiteren Beispielen der CP-Verletzung wissen die Physiker nun, dass es mindestens zwei Arten subatomarer Teilchen gibt, bei denen dieses rätselhafte Phänomen auftritt", sagte der Sprecher der Gruppe, Stewart Smith von der Princeton University. Eine zusätzliche Bestätigung könnte in wenigen Wochen ein konkurrierendes japanisches Team liefern, das ebenfalls B-Mesonen untersucht.

Die Ergebnisse des Beschleunigers in Stanford passen zwar gut ins Standardmodell der Teilchenphysik, sie allein können aber nicht das rätselhafte Ungleichgewicht zwischen Materie und Antimaterie im Universum erklären. Tatsächlich ist im Weltall deutlich mehr Materie vorhanden, als das Standardmodell in seiner jetzigen Fassung vorhersagt.

"Es muss da draußen noch etwas geben, das wir nicht kennen", sagt Smith. "Entweder ist es eine weitere Klasse geisterhafter Partikel, die möglicherweise zu massiv sind, um sie in Beschleunigern zu erzeugen." Oder es existiert, so der Physiker, ein bislang noch unbekanntes Phänomen, das die Materie in der kosmischen Evolution triumphieren ließ.

Martin Paetsch



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