Eigenschaft des Protons genauer bestimmt

Nach dem Urknall entstanden Materie und Antimaterie zu gleichen Teilen und müssten sich anschließend gegenseitig vernichtet haben. Seit Jahren rätseln Forscher, wieso ein Rest an Materie erhalten blieb – aus dem heute das Universum besteht. Aufschluss könnte eine Eigenschaft des Protons geben: das sogenannte magnetische Moment. Forschern gelang es nun, einen dreimal präziseren Wert dafür zu bestimmen als bei früheren Messungen. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie in der Fachzeitschrift „Nature“.

Für ihre Messungen verwendeten Andreas Mooser von der Universität Mainz und seine Kollegen eine doppelte Penningfalle. Hierin lassen sich geladene Teilchen einfangen und deren Eigenschaften näher untersuchen. Zunächst isolierten die Forscher ein einzelnes Proton und leiteten dieses in die Präzisionsfalle, den ersten Teil der Penningfalle. In einem gleichmäßigen Magnetfeld bewegt sich das Proton mit einer bestimmten Frequenz auf einer Kreisbahn. Diese bestimmten die Wissenschaftler im ersten Teil der Falle. Anschließend wurde das Proton in die Analysefalle transportiert, in der ein ungleichmäßiges und 75 000-mal stärkeres Magnetfeld als in der Präzisionsfalle herrscht. Hier wurde die Frequenz gemessen, mit der der Drehimpuls des Protons leicht hin- und herschwankt, ähnlich wie ein taumelnder Kreisel. Aus dem Verhältnis dieser beiden gemessenen Frequenzen ergibt sich das magnetische Moment eines Protons.

Mit diesem Ansatz sollte sich auch das magnetische Moment des Antiprotons mit einer vergleichbaren Genauigkeit messen lassen. Tatsächlich plant man bereits ein solches Experiment am Antiprotonen-Beschleuniger am Forschungszentrum CERN. Durch den Vergleich der beiden Werte erhoffen sich die Wissenschaftler ein besseres Verständnis über die Prozesse im frühen Universum, kurz nach dem Urknall.