Antiprotonmasse mit bisher größter Genauigkeit bestimmt

Messung bestätigt die Symmetrie zwischen Materie und Antimaterie

Antiproton im Heliumatom
Antiproton im Heliumatom

Garching/Genf (Schweiz) - Ein internationales Forscherteam um Masaki Hori vom Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching hat erstmals die Masse des Antiprotons im Verhältnis zur Elektronenmasse bis auf zehn Dezimalstellen genau bestimmt. Damit konnten die Wissenschaftler mit sechs Mal höherer Genauigkeit als bisher bestätigen, dass Proton und Antiproton eine identische Masse haben. Diese Übereinstimmung bei Teilchen und Antiteilchen wird von der Physik vorhergesagt und ist entscheidend für die Frage, warum im heutigen Universum fast nur Materie existiert, obwohl nach dem Urknall Materie und Antimaterie zu gleichen Teilen entstanden sein sollen. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Die Wissenschaftler bestimmten die Antiprotonmasse am CERN in Genf in einem Experiment mit antiprotonischen Heliumatomen. Das sind Heliumatome, bei denen eines der zwei Elektronen durch ein Antiproton ersetzt wurde. Die Forscher regten das Antiproton im Heliumatom mit zwei gegenläufigen Laserstrahlen an. Aus der Frequenz, die zur Anregung nötig ist, lässt sich die Masse des Antiprotons bestimmen. In früheren Messungen unter Einsatz eines einzelnen Laserstrahls konnte keine vergleichbare Messgenauigkeit erreicht werden.

Die Physiker überprüften in ihrem Experiment unter anderem die sogenannten CPT-Theorie. CPT steht kurz für Charge (Ladung), Parity (Parität), und Time (Zeit), die Theorie besagt, dass Teilchen und Antiteilchen die gleiche Masse, die gleiche Lebensdauer und die gleiche Ladung mit umgekehrtem Vorzeichen haben. Ein noch so geringer Unterschied der Massen von Teilchen und Antiteilchen würde diese fundamentale Symmetrie verletzten und könnte das Ungleichgewicht zwischen Materie und Antimaterie im Universum erklären. Mit ihrem Ergebnis bestätigte das Forscherteam um Masaki Hori jedoch die fundamentale Symmetrie der Materie. In der Zukunft hoffen die Wissenschaftler, die Antiprotonmasse noch exakter bestimmen zu können.