Teilchenphysik Antimaterie geht Forschern in die Falle
Die Erde gibt es nur, weil beim Urknall mehr Materie als Antimaterie entstand. Aber warum? Am Cern haben Forscher jetzt Antimaterie eingefangen, um das zu untersuchen.
© Chukman So/Alpha/Cern
Mit einer Magnetfalle fingen die Physiker am Kernforschungszentrum Cern Antiwasserstoffatome
All die Sterne, die wir am Himmel sehen, jeder Planet und alles Leben besteht aus Materie. Im Moment des Urknalls entstand – in kosmischen Einheiten gerechnet – nur ein Fünkchen mehr Materie als Antimaterie. Nur deshalb gibt es uns heute, glauben Physiker. Denn treffen Materie und Antimaterie aufeinander, löschen sie sich aus. Aber warum entstand mehr Materie? Und warum fehlt im Universum von der Antimaterie jede Spur?
Diesen Fragen gehen Physiker am europäischen Kernforschungszentrum Cern in Genf nach, in dem sie die Teilchen, die auch am Urknall beteiligten waren, im Teilchenbeschleuniger LHC untersuchen. Dort ist es ihnen jetzt erstmals gelungen, künstlich geschaffene Antimaterie einzufangen. Mit Hilfe dieser Methode, die die Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe des Magazins Nature vorstellen, können sie die Antimaterie nun detailliert untersuchen.
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Materie und Antimaterie verhalten sich wie Bild und Spiegelbild. Sie sind nahezu identisch, doch ihre elektrische Ladung ist genau umgekehrt. Trifft Materie auf Antimaterie, löschen sie sich gegenseitig aus. Dabei entsteht sehr viel Energie. In Experimenten fanden Forscher heraus, dass zu jedem Teilchen, das in einem Teilchenbeschleuniger erzeugt wird, auch das zugehörige Antiteilchen entsteht. Diese Antiteilchen kennen die Physiker zwar schon lange, doch erst 1995 gelang es, vollständige Anti-Atome zu erschaffen.
Bevor die Wissenschaftler der Antimaterie im Genfer Teilchenbeschleuniger eine Falle stellen konnten, mussten sie zuerst wieder Antimaterie-Teilchen herstellen. Dazu kombinierte ein Team um den Deutschen Walter Oelert die Antiteilchen der Protonen (p - ) und der Elektronen (e + ) zu Antiwasserstoff – dem Spiegelbild von gewöhnlichem Wasserstoff. Seit Jahren produzieren die Wissenschaftler Antiwasserstoffe in relativ großen Mengen – doch bisher gelang es nie, die Atome zu speichern. Die Anti-Atome trafen einfach zu schnell auf irgendein Materieteilchen, wurden neutralisiert und der Zauber war dahin.
Die eigentliche Magnet-Falle, die die Anti-Atome aufhalten soll, tüftelten Forscher der dänischen Universität Aarhus aus. In ihrem Experiment gelang es immerhin 0,005 Prozent der produzierten Anti-Atome für ein Sechstel einer Sekunde festzuhalten. Um die spektroskopischen Eigenschaften des Antiwasserstoffs zu untersuchen und diese mit gewöhnlichem Wasserstoff zu vergleichen, reicht das aus.
Wasserstoff (H) ist das am besten untersuchte Atom unseres Planeten. Es ist das einfachste und häufigste Element im Universum. Wasserstoff besitzt ein positives Teilchen (Proton) im Kern, um den ein negatives (Elektron) herumschwirrt. Die Unterschiede zwischen Materie und Antimaterie lassen sich anhand des Wasserstoffs – so die Hoffnung der Forscher – am besten beobachten.
- Datum 18.11.2010 - 12:55 Uhr
- Quelle ZEIT ONLINE, dpa
- Kommentare 14
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Antimaterie ist schon früher erzeugt worden, also kann die Meldung nur im Erfolg der neuen Speicherung liegen. Da bin ich aber restlos verwirrt: Eine Magnetfalle für NEUTRALE Anti-Atome?
Jedes Atom verfügt über ein magnetisches Moment, was man sich sehr stark vereinfacht dadurch vorstellen kann, dass sich Elektronen um den Kern bewegen. Diese Bewegten Ladungen (was ja "Strom" ist) wiederum erzeugen immer ein Magnetfeld.
Dieses magnetische Moment erzeugt ein Wechselwirkungspotential, welches die Grundlage für die magnetische Speicherung neutraler Atome ist.
Ich hoffe, ich konnte helfen.
Jedes Atom verfügt über ein magnetisches Moment, was man sich sehr stark vereinfacht dadurch vorstellen kann, dass sich Elektronen um den Kern bewegen. Diese Bewegten Ladungen (was ja "Strom" ist) wiederum erzeugen immer ein Magnetfeld.
Dieses magnetische Moment erzeugt ein Wechselwirkungspotential, welches die Grundlage für die magnetische Speicherung neutraler Atome ist.
Ich hoffe, ich konnte helfen.
Es ist schade, dass in den Presseberichten in der Regel nicht zwischen Antimaterie und den daraus zusammengesetzten Antiatomen unterschieden wird:
Antimaterie ist schon in den 30er Jahren in der kosmischen Höhenstrahlung entdeckt worden und wird u.a. seit vielen Jahrzehnten routinemäßig in Teilchenbeschleunigern hergestellt. Auch die Positronenemissionstomographie (PET) würde ohne Antimaterie (nämlich den Positronen=Antielektronen) nicht funktionieren.
Die Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie, die vermutlich für die Existenz unseres Materie-Universums verantwortlich ist ("Verletzung der CP-Symmetrie"), wird daher schon seit langem und nicht erst - wie der Artikel insinuiert - mit dem neu hergestellten Antiwasserstoff untersucht. So wurde u.a. 1964 eine CP-Asymmetrie zwischen sogenannten K- und Anti-K-Teilchen entdeckt Nobelpreis 1980)und Anfang der 70er innerhalb des Standardmodells der Teilchenphysik erklärt (Nobelpreis 2008).
Antiatome sind aus Antimaterieteilchen zusammengesetzte Atome, in diesem Fall Antiwasserstoff aus Antiprotonen und Positronen. Hier ist es nun tatsächlich das erste Mal gelungen, diese über eine längere Zeit (knapp 0.2 s) zu speichern - übrigens zwar am CERN, aber nicht am LHC. (@Wahrsprecher: obwohl neutral, lassen sich H-Atome durch ihr magnetisches Moment in inhomogenen magnetischen Feldern speichern.) Dadurch lassen sich jetzt zusätzliche Untersuchungen durchführen, jedoch weniger zur CP-Verletzung als zur fundamentaleren CPT-Symmetrie.
... nicht alle Ergebnisse negativ sein? Ob CPT, CP, CT oder sonstige Symmetrien, bei einem Wasserstoffatom müsste doch nach den gängigen Theorien gerade kein Unterschied feststellbar sein, oder? Auch verwirrt bin ich über die spektrometrischen Untersuchungen. Ich ahne nicht einmal, was man zu messen sich erhofft.
... nicht alle Ergebnisse negativ sein? Ob CPT, CP, CT oder sonstige Symmetrien, bei einem Wasserstoffatom müsste doch nach den gängigen Theorien gerade kein Unterschied feststellbar sein, oder? Auch verwirrt bin ich über die spektrometrischen Untersuchungen. Ich ahne nicht einmal, was man zu messen sich erhofft.
...und ich dachte immer, das hätte eher was mit einer leicht verletzten CP- und C-Symmetrie, der Existenz B-verletzender Prozesse und dem Fehlen eines thermischen Gleichgewichts zwischen Materie und Antimaterie während oder kurz nach der GUT-Ära zu tun... Aber so kann man es natürlich auch sehen.
... nicht alle Ergebnisse negativ sein? Ob CPT, CP, CT oder sonstige Symmetrien, bei einem Wasserstoffatom müsste doch nach den gängigen Theorien gerade kein Unterschied feststellbar sein, oder? Auch verwirrt bin ich über die spektrometrischen Untersuchungen. Ich ahne nicht einmal, was man zu messen sich erhofft.
tatsächlich sollte nach dem Standardmodell kein Unterschied feststellbar sein. Das macht die Untersuchung allerdings umso interessanter, denn neue Physik sollte natürlich neue, noch nicht bekannte Effekte verursachen. Durch spektroskopische Untersuchungen haben Sie eine ungeheure Präzision zur Verfügung, da Spektrallinien außerordentlich genau gemessen werden können. Sobald sich irgendein Parameter ändert, z.B. bei CPT-Verletzung die (träge) Masse des Antiprotons gegenüber der Masse des Protons, sehen Sie dies in einer Verschiebung der Spektrallinien gegenüber dem normalen Wasserstoff.
Mein ganz persönliches Highlight ist übrigens die Frage, ob auf Antimaterie die uns bekannte Gravitation wirkt. Dies ist bisher noch nie untersucht worden und kann aufgrund der Schwäche der Gravitation auch nur mit länger gespeicherten Antiatomen untersucht werden. Meines Wissens ist es aber noch ein langer Weg dorthin...
Wenn man keinen Unterschied sieht, hat man schon ein Ergebnis.
Sind die Spektrallinien des Anti-Wasserstoff genauso wie beim Wasserstoff? Mit all den Effekten, die diese genau dort sein lassen wo sie sind!?
Kleinste Abweichungen können Hinweise geben, wie symmetrisch alles wirklich aufgebaut ist. Man ist auf der Suche nach der Gültigkeitsgrenze bisheriger Theorien, diesmal eben mit atomphysikalischen Methoden, die schon seit etwa 100 Jahre etabliert sind und aufgrund ihrer fortschreitenden Entwicklung eine sehr hohe Genauigkeit besitzen.
tatsächlich sollte nach dem Standardmodell kein Unterschied feststellbar sein. Das macht die Untersuchung allerdings umso interessanter, denn neue Physik sollte natürlich neue, noch nicht bekannte Effekte verursachen. Durch spektroskopische Untersuchungen haben Sie eine ungeheure Präzision zur Verfügung, da Spektrallinien außerordentlich genau gemessen werden können. Sobald sich irgendein Parameter ändert, z.B. bei CPT-Verletzung die (träge) Masse des Antiprotons gegenüber der Masse des Protons, sehen Sie dies in einer Verschiebung der Spektrallinien gegenüber dem normalen Wasserstoff.
Mein ganz persönliches Highlight ist übrigens die Frage, ob auf Antimaterie die uns bekannte Gravitation wirkt. Dies ist bisher noch nie untersucht worden und kann aufgrund der Schwäche der Gravitation auch nur mit länger gespeicherten Antiatomen untersucht werden. Meines Wissens ist es aber noch ein langer Weg dorthin...
Wenn man keinen Unterschied sieht, hat man schon ein Ergebnis.
Sind die Spektrallinien des Anti-Wasserstoff genauso wie beim Wasserstoff? Mit all den Effekten, die diese genau dort sein lassen wo sie sind!?
Kleinste Abweichungen können Hinweise geben, wie symmetrisch alles wirklich aufgebaut ist. Man ist auf der Suche nach der Gültigkeitsgrenze bisheriger Theorien, diesmal eben mit atomphysikalischen Methoden, die schon seit etwa 100 Jahre etabliert sind und aufgrund ihrer fortschreitenden Entwicklung eine sehr hohe Genauigkeit besitzen.
...aber wohlschmeckendes alkoholfreies Bier kann man damit wohl immernoch nicht herstellen.
Also: qui bono?
tatsächlich sollte nach dem Standardmodell kein Unterschied feststellbar sein. Das macht die Untersuchung allerdings umso interessanter, denn neue Physik sollte natürlich neue, noch nicht bekannte Effekte verursachen. Durch spektroskopische Untersuchungen haben Sie eine ungeheure Präzision zur Verfügung, da Spektrallinien außerordentlich genau gemessen werden können. Sobald sich irgendein Parameter ändert, z.B. bei CPT-Verletzung die (träge) Masse des Antiprotons gegenüber der Masse des Protons, sehen Sie dies in einer Verschiebung der Spektrallinien gegenüber dem normalen Wasserstoff.
Mein ganz persönliches Highlight ist übrigens die Frage, ob auf Antimaterie die uns bekannte Gravitation wirkt. Dies ist bisher noch nie untersucht worden und kann aufgrund der Schwäche der Gravitation auch nur mit länger gespeicherten Antiatomen untersucht werden. Meines Wissens ist es aber noch ein langer Weg dorthin...
gilt auch hier die Gravitation ;-)
MfG
AoM
gilt auch hier die Gravitation ;-)
MfG
AoM
Wenn man keinen Unterschied sieht, hat man schon ein Ergebnis.
Sind die Spektrallinien des Anti-Wasserstoff genauso wie beim Wasserstoff? Mit all den Effekten, die diese genau dort sein lassen wo sie sind!?
Kleinste Abweichungen können Hinweise geben, wie symmetrisch alles wirklich aufgebaut ist. Man ist auf der Suche nach der Gültigkeitsgrenze bisheriger Theorien, diesmal eben mit atomphysikalischen Methoden, die schon seit etwa 100 Jahre etabliert sind und aufgrund ihrer fortschreitenden Entwicklung eine sehr hohe Genauigkeit besitzen.
habe sie aber schlußendlich wieder freigelassen, weil es zu mühsam war, die ganze Zeit auf sie aufzupassen.
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