Antimaterie

Alles im Universum scheint aus gewöhnlicher Materie zu bestehen, während sich ihr Gegenstück – die Antimaterie – kaum beobachten lässt. Das stellt die Wissenschaft vor Rätsel.

Die elementaren Bausteine von Materie und Antimaterie gleichen sich fast in jeglicher Hinsicht, teils weisen sie aber genau entgegengesetzte Eigenschaften auf. So trägt etwa das Elektron eine negative und sein Antiteilchen, das Positron, eine positive elektrische Ladung. Kurz nach dem Urknall vor rund 13,8 Milliarden Jahren sind die beiden Materieformen vermutlich zu exakt gleichen Teilen entstanden. Warum wir heute nahezu ausschließlich Materie im Universum beobachten, können sich Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bisher nicht erklären. Dabei kennen sie durchaus einen Mechanismus, der Antimaterie verschwinden lässt.

Annihilation

Treffen beispielsweise ein Elektron und ein Positron aufeinander, kann es zur Annihilation kommen: Die beiden Teilchen vernichten sich gegenseitig und es bleibt nur ihre Energie übrig – in Form von Strahlung. Dieser Prozess vermag das Problem allerdings nicht zu lösen. Denn wären die beiden Materieformen tatsächlich zu gleichen Teilen entstanden und verhielten sich absolut gleich, hätten sich Materie und Antimaterie kurz nach dem Urknall komplett auslöschen müssen.

Es dürfte demnach keine Sterne und keine Galaxien geben, keine Planeten und keine Lebewesen, die diese bewohnen. Irgendwann nach dem Urknall muss das Verhältnis von Materie und Antimaterie also aus dem Gleichgewicht geraten sein. Nach dem Grund dafür suchen Physikerinnen und Physiker bereits seit Jahrzehnten. Eine mögliche Erklärung: Die fundamentalen Eigenschaften von Teilchen und Antiteilchen, wie etwa ihre Masse, sind eben doch nicht exakt identisch.

Experimente mit Antimaterie

In verschiedenen Studien wurde und wird diesem Ansatz nachgegangen. Im BASE-Experiment am Forschungszentrum CERN stehen beispielsweise Antiprotonen auf dem Prüfstand. Im ALPHA-Experiment, ebenfalls am Forschungszentrum CERN, vergleichen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler dagegen herkömmliche Wasserstoffatome, die aus einem Proton und einem Elektron bestehen, mit solchen aus Antimaterie. Zusammengesetzt ist der Antiwasserstoff aus einem Antiproton und einem Positron.

Diese Herangehensweise ist besonders spannend, da der Unterschied zwischen Materie und Antimaterie auch in der Interaktion der einzelnen Bausteine innerhalb eines Atoms liegen könnte. Bislang verhalten sich Materie und Antimaterie in den Versuchen exakt identisch – zumindest im Rahmen der Fehlertoleranz. Künftig wollen Physikerinnen und Physiker deshalb noch genauer hinschauen.