Antimaterie, ein gespiegelter Schatten der gewöhnlichen Materie

Was ist Antimaterie

(Aus der CERN Website) 1928 stellte der britische Physiker Paul Dirac eine Gleichung auf, die Quantentheorie und die spezielle Relativitätstheorie in Verbindung brachte. Sie beschrieb das Verhalten eines Elektrons mit einer relativistischen Geschwindigkeit. Die Gleichung, die Dirac den Nobelpreis im Jahr 1933 einbrachte, löste ein Problem. So wie die Gleichung x^2 = 4 zwei mögliche Lösungen haben kann (x = 2 oder x = -2), so kann Dirac´s Gleichung zwei Lösungen haben, eine für ein Elektronen mit positiver Energie und eine für ein Elektron mit negativer Energie. Aber die klassischen Physik ( und der gesunder Menschenverstand ) diktierte, dass die Energie eines Teilchens immer eine positive Zahl sein muss.

Dirac interpretiert die Gleichung so, dass zu jeden Teilchen ein entsprechendes Antiteilchen existiert, das bis auf entgegengesetzter Ladung die gleichen Eigenschaften besitzt. Ein Elektronen sollte beispielsweise mit einem "Antielektron" bis auf die positiven elektrischen Ladung identisch sein. Die Einsicht eröffnet die Möglichkeit, ganze Galaxien und Universen aus Antimaterie anzunehmen.

Aber wenn Materie und Antimaterie in Kontakt kommen, vernichten sie sich, verschwinden in einem Blitz von Energie. Der Urknall sollten gleiche Mengen von Materie und Antimaterie geschaffen haben. Warum gibt es weit mehr Materie als Antimaterie im Universum?

Was ist also Antimaterie? CERN gibt Auskunft u.a.

Antiwasserstoff, die ALPHA-Falle

Antimaterie ist schwer herzustellen, geschweige denn zu speichern. Jeffrey Hangst beschreibt, wie mit ALPHA, einem Experiment am CERN versucht wird Antiwasserstoff in seiner Bewegung zu stoppen. Dabei überwindet er einige der Schwierigkeiten und hinterfragt die Realität überhaupt größere Mengen an Antimaterie herstellen zu können.

Nehmen wir an , sie müssten als der Bösewicht der Geschichte eine makroskopische Menge von Antimaterie zu irgendeinem finsteren Zwecke transportieren. Wie würden vorgehen? Könnten Sie sie beispielsweise in die vatikanischen Katakomben schmuggeln? Die Wahrheit ist, dass wir wahrscheinlich nie eine makroskopische Menge von Antimaterie für ein solches Szenario jemals herstellen werden.

Nach dem Vorwort zu den populären Roman Angels and Demons (2000), war Autor Dan Brown anscheinend durch die bevorstehende Inbetriebnahme der "Antimaterie-Fabrik", der Antiprotonen Decelerator(AD)am CERN inspiriert, . Der real-life AD ist seit etwa fünf Jahren voll funktionsfähig und bei den Experimenten gab es einige bemerkenswerte physikalische Ergebnisse. Einer der großen Geschichten auf dem Weg war die Synthese von Antiwasserstoffatome im Jahr 2002 durch die ATHENA und ATRAP Kooperationen (CERN Courier November 2002 und Dezember 2002 p5 p5 , respectively).

Dieses Kunststück war ein wichtiger Schritt in Richtung eines der wictigsten Ziele der alltäglichen Wissenschaft der Antimaterie, Präzisions-Vergleiche der Spektren von Wasserstoff und Antiwasserstoff. Gemäß des CPT-Theorems sollten diese Spektren identisch sein. Um eine Vorstellung davon zu bekommen, was Präzision in diesem Zusammenhang bedeutet, werfen Sie einen Blick auf die Website des Jahres 2005 des Nobelpreisträger Theodor Hänsch, die folgende kryptische Überschrift hat: f(1S -2S ) = 2 466 061 102 474 851 (34) Hz. Das mag wie ein kryptische Rätsel aus Browns Fiktion erscheinen, aber es bedeutet einfach, dass die Häufigkeit von einer der n = 1 bis n = 2 Übergänge in Wasserstoff mit einer absoluten Genauigkeit von etwa 1 zu 1014 gemessen wurde. Das ist beeindruckend, aber wo stehen wir mit Antiwasserstoff?