CERN: Erstmals größere Mengen an kalter Anti-Materie hergestellt

19. September 2002, 13:18
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Vergleich zwischen normaler Materie und Anti-Materie soll offene Fragen klären

Wien - Die Herstellung einer größeren Menge an kalter Anti-Materie - nämlich Anti-Wasserstoff - meldet das Europäische Forschungszentrum CERN bei Genf. Die Ingredienzien für den anderen Wasserstoff, Anti-Protonen und Positronen (die positiv geladenen Gegenstücke zu den Elektronen), wurden dazu getrennt hergestellt und anschließend vermischt. Bisher habe man mit dem Experiment insgesamt rund 50.000 Atome Anti-Wasserstoff erzeugt, die Ergebnisse wurden in der jüngsten Ausgabe der Wissenschaft-Zeitschrift "Nature" veröffentlicht.

Anti-Materie

Lange bevor die ersten Anti-Teilchen in den Beschleunigern erzeugt werden konnten, bedienten sich bereits Science-Fiction-Autoren der Anti-Materie. Denn eines war klar: Bei der gegenseitigen Vernichtung von Anti-Materie und Materie werden Energien frei, die jene bei der Kernspaltung freiwerdenden Kräfte bei weitem übertreffen. Ein Kilogramm Anti-Materie und ein Kilo Materie würden eine Energie freisetzen, die dem jährlichen Output von 500 Atomkraftwerken oder der Sprengkraft von 4.200 Megatonnen TNT entspricht.

Daher beteuern die derzeit mit der Herstellung von Anti-Materie befassten Wissenschafter immer wieder, dass es ihnen um Grundlagenwissenschaft geht: Der Vergleich zwischen normaler Materie und Anti-Materie soll offene Fragen klären, was unmittelbar nach dem Urknall passiert ist. Sind nämlich Materie und Anti-Materie bis ins letzte Detail exakt gleich, dürfte es unser Universum eigentlich gar nicht geben. Denn theoretisch sollte es kurz nach dem Urknall gleich viel Materie und Anti-Materie gegeben haben, die sich anschließend gegenseitig ausgelöscht hätte.

Herausforderung

Für die Herstellung von Anti-Wasserstoff laufen am CERN gleich mehrere Versuchsanordnungen. Anti-Protonen und Positronen werden getrennt hergestellt, dann gekühlt und schließlich vermischt. Schon die kurzfristige Lagerung der Anti-Teilchen ist eine Herausforderung für die Wissenschafter, denn wenn Anti-Materie mit Materie in Berührung kommt, gibt es postwendend die absolute Vernichtung. Ein Anti-Proton zerstrahlt mit einem Proton, ein Positron mit einem Elektron zu reiner Energie.

Daher können die Anti-Teilchen in der Umgebung von Materie ausschließlich in elektromagnetischen Feldern eingesperrt werden. Nach der Herstellung im Beschleuniger bei höchsten Energien werden die Anti-Protonen (Wasserstoffkerne) im CERN-Experiment "ATHENA" soweit abgekühlt - man kann auch sagen verlangsamt -, dass eine Mischung mit den Positronen sinnvoll wird. Die Positronen sind ein Produkt des Zerfalls von radioaktiven Isotopen, auch sie werden in einer elektromagnetischen Falle eingeschlossen.

Energieblitze

Wenn sich die Anti-Protonen und Positronen nach der Mischung in einer eigenen Falle zu Anti-Wasserstoff vereinigen, können sie von den elektromagnetischen Wänden nicht mehr gehalten werden. Denn im Gegensatz zu den positiv geladenen Positronen und den negativ geladenen Anti-Protonen ist der Anti-Wasserstoff elektrisch neutral, die Atome entkommen daher aus der Falle. Die Freiheit währt allerdings nur kurz, denn rund um die Falle sind Metall-Elektroden angebracht, an denen die Anti-Atome sofort zerstrahlen. Die Vernichtung passiert wieder einzeln, ein Anti-Proton zerstrahlt mit einem Proton und das Positron mit einem Elektron aus der Oberfläche des Metalls.

Dass dabei die beiden Energieblitze zur gleichen Zeit passieren, ist für die Wissenschafter ein weiteres Indiz, dass tatsächlich Anti-Wasserstoff entstanden war. Laut Berechnungen erzeugen die Physiker derzeit pro Durchgang des Experiments einige Tausend solcher Anti-Wasserstoffatome, bisher insgesamt 50.000. (APA)

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