Forscher messen Eigenschaften des Antiprotons hundertfach genauer

Das magnetische Moment ist eine der Eigenschaften von geladenen Teilchen, für die das Standardmodell der Teilchenphysik klare Voraussagen macht. Bei einem Teilchen und seinem Antiteilchen ist das magnetische Moment demnach gleich stark, wirkt allerdings in entgegengesetzte Richtungen. In Experimenten wollen Forscher diese Aussage so genau wie möglich überprüfen, denn ein Bruch in der Symmetrie könnte die ungleichen Mengen von Materie und Antimaterie im Universum erklären. Am Forschungszentrum CERN hat man das magnetische Moment von Antiprotonen jetzt 680-mal präziser vermessen als bisher. In Zukunft wollen die beteiligten Wissenschaftler die Genauigkeit sogar noch weiter verbessern, berichten sie in der Zeitschrift „Physical Review Letters“.

Teil des Experiments, zu sehen ist das Ende eines Rohres, das mit zahlreichen Kabeln verbunden ist, die an seitlich angebrachten Trägern hängen.
ATRAP-Experiment

Im ATRAP-Experiment fangen Jack DiSciacca von der Harvard University in Cambridge, US-Bundesstaat Massachusetts, und seine Kollegen die Antiprotonen einzeln mithilfe von elektromagnetischen Feldern ein. Indem sie die Stärke und Ausrichtung der Felder verändern, lässt sich das Antiproton beeinflussen und letztlich dessen Eigenschaften bestimmen.

Vergleicht man die Ergebnisse mit früheren Experimenten an Protonen, so zeigt sich, dass die Stärke der magnetischen Momente von Protonen und Antiprotonen um nicht mehr als fünf Millionstel des Wertes voneinander abweicht. Dies stimmt mit den Voraussagen des Standardmodells überein. „Wir planen, unsere Untersuchung der CPT-Symmetrie durch noch genauere Präzisionsmessungen mit Antiprotonen fortzusetzen“, erklärt Gerald Gabrielse, Sprecher der ATRAP-Kollaboration. Die CPT-Symmetrie besagt, dass jeder physikalische Prozess, bei dem Materie und Antimaterie ausgetauscht werden und der gleichzeitig spiegelbildlich und zeitumgekehrt abläuft, das gleiche Ergebnis bringt. Wissenschaftler suchen schon lange nach möglichen Verletzungen dieser Symmetrie, die darauf hindeuten könnten, warum in unserem Universum fast nur noch Materie vorkommt, obwohl nach dem Urknall genauso viel Materie wie Antimaterie entstanden sein muss.

Zurzeit sind die Beschleuniger am CERN wegen eines geplanten Shutdowns nicht in Betrieb, ab 2014 will das Team seine Experimente fortsetzen und mit Methoden aus der Quantenmechanik kombinieren. Dadurch hoffen die Forscher, den Unterschied zwischen dem magnetischen Moment von Proton und Antiproton nochmal tausendfach genauer einzugrenzen.

Das magnetische Moment von geladenen Teilchen beruht auf ihrem Spin, den man sich als quantenmechanischen Eigendrehimpuls des Teilchens vorstellen kann. Vereinfacht gesagt verhält sich das Teilchen dadurch selbst wie ein winziger Dipolmagnet. Da der Spin bei Teilchen und Antiteilchen entgegengesetzt ist, gilt das auch für das magnetische Moment.