Positron trifft auf Elektron und zerstrahlt in einem Gamma-Blitz

Positroniumbasierter Gammastrahlenlaser

Heidelberg – Gammastrahlen sind weitaus energiereicher als Röntgenstrahlen. Mit der kurzwelligen Strahlung könnten prinzipiell Proben mit einer hohen Auflösung bis hinunter zum Atomkern untersucht werden. Eine Gruppe deutscher Physiker schlägt nun vor, Antimaterie für den Bau eines kontrollierbaren Gammastrahlen-Lasers zu nutzen. In einem Beitrag der Datenbank arxiv.org stellen sie ihr Konzept zur Diskussion. Heute bekannte Quellen für Gammastrahlen sind radioaktive Elemente oder Schwarze Löcher im Universum.

Die Verschmelzung von Elektronen mit ihren Antiteilchen, den Positronen, bildet die Grundlage für einen Gammastrahlen-Laser. Bei dieser sogenannten Annihilation löschen sich beide Teilchen aus Materie und Antimaterie aus und Energie in Form von Gammastrahlung wird freigesetzt. Diese gegenseitige Auslöschung läuft zum Beispiel in Teilchenbeschleunigern bisher nur spontan und mehr oder weniger unkontrolliert ab.

Aber ausgehend von einem „Positronium-Atom“ – einem System, bei dem ein Elektron von einem Positron umkreist wird – sei laut Christoph Keitel und seinen Kollegen vom Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg der Bau eines Gammastrahlen-Lasers möglich. Zerfällt heute ein Positronium unter Aussendung von Energie zu schnell innerhalb eines Bruchteils einer milliardstel Sekunde, könnte dessen Lebensdauer mit weiteren Laserpulsen um das Hundertfache verlängert werden. Dabei soll das Positron durch den Laserbeschuss in einer höhere Umlaufbahn um das Elektron gehoben werden.

Keitel hält es prinzipiell für möglich, viele dieser langlebigen Positronium-Atome in einer Wolke eines Bose-Einstein-Kondensats zu sammeln. In dieser Wolke könnten sich Elektronen und Positronen nun kontrollierter gegenseitig auslöschen und dabei streng korrelierte Gammalaser-Pulse aussenden. Über die Dichte dieser Wolke und die Intensität der zusätzlichen Kontrolllaser sollen die Gammstrahlen gesteuert werden.

Von einer praktischen Umsetzung ist diese Idee heute noch sehr weit entfernt. In weiteren Schritten können nun aber andere Physiker das grundlegende Prinzip dieses Gammastrahlen-Lasers überprüfen und in ihren Labors vielleicht bald darauf erste Antimaterie-Experimente im winzigen Maßstab durchführen.