Aus Science-Fiction-Filmen und Computerspielen sind Laserkanonen, Protonentorpedos und viele andere furchterregende Waffen bekannt. Sehr populär in Weltraumszenarien sind Strahlen aus Antimaterie: Sobald sie auf normale Materie treffen, zerstrahlen sie mit dieser sofort zu Energie. Tatsächlich ist es Physikern am europäischen Kernforschungszentrum Cern in Genf gelungen, solche exotischen Strahlen zu erzeugen. Sie sollen helfen, der Antimaterie ihre Geheimnisse zu entlocken.

Nach der heutigen Physik ist Antimaterie nichts anderes als ein Spiegelbild gewöhnlicher Materie. Zu jedem Teilchen normaler Materie gibt es genau ein Antiteilchen, das exakt dieselbe Masse und die umgekehrte Ladung hat. Das einfachste Atom, Wasserstoff, besteht aus einem positiv geladenen Proton, um das ein negativ geladenes Elektron kreist. Das Antiteilchen des Protons ist das Antiproton, das des Elektrons heißt Positron. Antiwasserstoff besteht also aus einem negativ geladenen Antiproton, um das ein positiv geladenes Positron kreist. Wenn man die Eigenschaften des Antiwasserstoffs, etwa seine Energie, erforscht und mit Wasserstoff vergleicht, lässt sich herausfinden, ob Materie und Antimaterie sich vielleicht doch in Nuancen unterscheiden.

Das Problem mit der Antimaterie liegt hierin: Einerseits sagen die heutigen Theorien voraus, dass sie sich perfekt spiegelbildlich zu normaler Materie verhalten sollte. Andererseits muss es gewisse Unterschiede zwischen beiden Materieformen geben. Denn das Universum besteht nur aus Materie und nicht aus Antimaterie. Das heißt, beim Urknall muss eine etwas größere Menge an Materie als Antimaterie entstanden sein. Nachdem kurz darauf sämtliche Antimaterie an der Materie zerstrahlt war, blieb nur noch ein kleiner Rest Materie übrig – der, aus dem wir bestehen. Eine der ungelösten Fragen ist deshalb: Warum ist mehr Materie als Antimaterie entstanden?

Kein Platz in der gängigen Theorie

Ein anderes Problem beruht auf der Dunklen Materie. Astrophysiker haben herausgefunden, dass ein großer Teil der Masse im Universum aus bislang unbekannten Materie- und Energieformen besteht – anders ließe sich zum Beispiel die beschleunigte Ausdehnung des Alls nicht erklären. In der gängigen Theorie ist aber kein Platz für sie. Mit der Entdeckung ihres letzten noch ausstehenden Teilchens, des Higgs-Bosons, hat die Standardtheorie 2012 eine glänzende Bestätigung gefunden. Aber sie kann nicht alles erklären, wie die Gravitation. Physiker haben mittlerweile eine Reihe anderer Theorien entwickelt, die über dieses Standardmodell hinausgehen. Und in vielen dieser Theorien sollte doch ein minimaler Unterschied zwischen Materie und Antimaterie zu finden sein. Von Präzisionsmessungen an Antimaterie erhoffen sich die Teilchenforscher deshalb Hinweise auf eine neue Physik. 

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Leider ist Antimaterie schwierig herzustellen und außerdem recht kurzlebig. Nirgends überlebt eine größere Menge von Antimaterie über längere Zeit. Die Forscher müssen Antimaterie zunächst in einem Teilchenbeschleuniger erzeugen und dann mithilfe elektromagnetischer Felder einsperren, so dass die Antimaterie nicht mit normaler Materie in Kontakt gerät. Dazu benötigen sie ein extrem reines Vakuum, denn auch gewöhnliche Gasatome vernichten sich gegenseitig mit Antimaterie. Ein perfektes Vakuum gibt es aber nicht, so dass kontinuierlich Atome aus Antimaterie auf Gasatome in der Apparatur stoßen und sich in winzige Strahlungsblitze verwandeln.