Erstmals eingefangen: Anti-Wasserstoff

Erster Schritt zur Überprüfung der fundamentalen Symmetrien des Standardmodells: Am CERN gelang der Einfang von Anti-Wasserstoff-Atomen

ALPHA-Experiment
ALPHA-Experiment

Genf (Schweiz) - Am europäischen Kern- und Teilchenforschungszentrum Cern ist es erstmals gelungen, Anti-Wasserstoff-Atome einzufangen und kontrolliert wieder freizugeben. Im Rahmen des ALPHA-Experiments konnten insgesamt 38 Anti-Wasserstoff-Atome für 0,17 Sekunden in einer magnetischen Falle festgehalten werden, berichtet das Forscherteam in einer Online-Veröffentlichung im Fachblatt "Nature". Damit öffne sich, so die Wissenschaftler, die Tür zu einer Untersuchung der Eigenschaften von Anti-Wasserstoff - und der Überprüfung fundamentaler Symmetrien im so genannten Standardmodell der Teilchenphysik.

Die Abwesenheit von Antimaterie im Kosmos ist eines der großen Rätsel der Physik. Denn Symmetrien der Naturgesetze sorgen dafür - so sagt zumindest das Standardmodell -, dass Teilchen und Antiteilchen sich gleich verhalten. Beim Urknall sollte deshalb ebenso viel Antimaterie wie Materie entstanden sein - warum ist diese Antimaterie verschwunden? Ursache könnte eine Verletzung der fundamentalen Symmetrien sein. Eine solche Symmetrie-Verletzung könnte sich beispielsweise durch Unterschiede im Strahlungsspektrum von Wasserstoff und Anti-Wasserstoff bemerkbar machen.

Die Produktion von Anti-Wasserstoff ist seit einigen Jahren am Cern Routine. Doch die Anti-Materie ist kurzlebig und wird durch den Kontakt zu normaler Materie in kürzester Zeit wieder vernichtet. Um die Eigenschaften von Anti-Wasserstoff untersuchen zu können, müssen die Physiker die Atome einfangen und vor der Vernichtung bewahren. Dies gelang nun im Rahmen des Experiments ALPHA.

Die Forscher verwendeten dazu eine spezielle magnetische Falle, die mit dem magnetischen Moment der Atome in Wechselwirkung tritt. Doch diese Falle kann nur Atome mit einer Temperatur von 0,5 Grad über dem absoluten Nullpunkt festhalten. "Die extreme experimentelle Herausforderung war, derart kalte Atome aus Plasmen geladener Teilchen mit einer Temperatur von 10 hoch 5 Kelvin zu synthetisieren", so die ALPHA-Forscher, "und das seltene Auftauchen eines solchen Atoms eindeutig von Hintergrund-Prozessen zu unterscheiden". Insgesamt landeten nach der Wechselwirkung von zehn Millionen Antiprotonen und 700 Millionen Positronen gerade einmal 38 Anti-Wasserstoff-Atome in der Falle - aber immerhin für länger als eine Zehntel Sekunde. Lange genug, so konstatieren die Wissenschaftler, um künftig Anti-Wasserstoff eingehend untersuchen zu können. Mit weiteren Verbesserungen an dem Experiment hofft das ALPHA-Team außerdem, sowohl die Ausbeute an gefangenen Atomen als auch die Verweildauer der Atome in der Falle zu vergrößern.