Antimaterie: Cern macht Rekordmessung – hat noch keine Antworten

Physikern bei der europäischen Organisation für Kernforschung (Cern) in Genf eine Rekordmessung gelungen. Sie sind auf der Suche nach dem Ursprung unserer Existenz.

Die Frage ist, warum Materie und Antimaterie sich beim Urknall nicht gegenseitig ausgelöscht haben. Allerdings habe sich die Hoffnung auf eine Erklärung dafür vorerst zerschlagen. Das sagte Stefan Ulmer der Deutschen Presse-Agentur. Der Physiker ist Gründer des Baryon-Antibaryon-Symmetrie-Experiments (BASE) am Cern, das sich mit den Eigenschaften von Antimaterie beschäftigt.

«Wir haben keinen Unterschied zwischen Protonen und Antiprotonen gefunden, der die Existenz von Materie im Universum erklären könnte». Das sagte Ulmer der dpa. Bei der Messung verglichen die Physiker die Massen von Protonen und Antiprotonen auf 11 Stellen nach dem Komma.

Nicht auszuschliessen sei, dass Unterschiede auf noch mikroskopischerem und noch nicht messbarem Level bestehen, sagte Ulmer. Die Physiker veröffentlichten ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift «Nature».

Antimaterie bezeichnet die Antiteilchen, die zu jedem Baustein der Welt, den Elementarteilchen, bestehen. Sie haben die entgegengesetzte elektrische Ladung. Beim Aufeinandertreffen von Teilchen und Antiteilchen vernichtet sich das Paar gegenseitig.

«Im Kern geht es um die Frage nach dem Ursprung unserer Existenz», sagte Ulmer. «Wenn wir die Urknalltheorie und das Standardmodell der Teilchenphysik vereinigen, gibt es eigentlich keinen Grund, warum das Universum entstehen sollte.» Denn Materie und Antimaterie müssten sich gegenseitig auslöschen.

Verbildlicht: Wenn ein Proton und ein Antiproton in einer Box geschüttelt würden, bliebe nichts übrig. «Das müsste auch beim Urknall passiert sein – ist es aber nicht, denn wir existieren ja», sagt Ulmer. «Die Frage «warum existieren wir?» kann die moderne Physik noch nicht beantworten.»

Eine der Theorien ist, dass eine Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie besteht. Wenn Protonen schwerer wären als Antiprotonen, würden – simpel ausgedrückt – bei einem Zusammenstoss einige Protonen übrig bleiben. Das Experiment am Cern hat mit – bislang unerreichter Präzision – aber keinen Unterschied zutage gefördert. Ulmer sagte: «Wir haben mit hoher Messpräzision ausgeschlossen, dass der Unterschied zwischen Materie und Antimaterie auf einer Differenz der Masse beruht».

Gemessen wurden einzelne Teilchen in einer rund 25 Zentimeter langen Penning-Falle, einem elektromagnetischen Container. Dort konnten die Physiker die Schwingungen von Proton und Antiproton aufzeichnen und vergleichen.

Als Nächstes wollen die Forscher am Cern eine andere Theorie zum Unterschied zwischen Materie und Antimaterie erneut testen: ob sich statt der Masse vielleicht das magnetische Moment unterscheidet. Mit verbesserter Präzision soll das Schwingen der Teilchen um die eigene Achse gemessen werden. «Wir können jetzt mit einer mindestens zehn Mal höheren Genauigkeit messen als bislang», sagt Ulmer.

Die Physiker haben nach Angaben von Ulmer auch erstmals ein weiteres Experiment geschaffen. Dieses kann mit höchster Präzision untersuchen, ob Antimaterie durch Gravitation gleich schnell nach unten fällt wie Materie. Das vorläufige Ergebnis: Antimaterie reagiert gleich wie Materie. Auch hier können eines Tages noch präzisere Messungen zu anderen Ergebnissen führen, sagte Ulmer.