Abweichung zwischen Proton und Antiproton kleiner als sieben mal zehn hoch minus zehn
Wien - Bei einem Experiment am Kernforschungszentrum CERN in Genf ist es Forschern unter Beteiligung des Stefan-Meyer-Instituts für subatomare Physik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) gelungen, das Massenverhältnis von Antiproton zu Elektron mit einer bisher nicht erreichten Genauigkeit zu messen. Der gemessene Wert stimme gut mit bereits früher durchgeführten Messungen des Massenverhältnisses von Proton zu Elektron überein, hieß es in einer Aussendung. Die Ergebnisse wurden im Fachjournal "Nature" veröffentlicht.
Die Physiker der Asacusa-Kollaboration ("Atomic Spectroscopy And Collisions Using Slow Antiprotons") untersuchten mittels Laserspektroskopie ein exotisches Heliumatom, bei dem eines der beiden Elektronen durch ein Antiproton ersetzt wurde. Das Proton ist etwa 1.836-mal schwerer als das Elektron. Für das Antiproton, den Antimateriepartner des Protons, wurde dieses Verhältnis nun mit bisher nie erreichter Genauigkeit bestimmt - nämlich mit 1:1836,1526736 mit einer absoluten Messunsicherheit von 23 mal zehn hoch minus sieben.
Genauere Messung
Die relative Messgenauigkeit laserspektroskopischer Messungen war bisher aufgrund des Doppler-Effekts auf zehn hoch minus sieben bis zehn hoch minus acht beschränkt. Der durch die thermische Bewegung der antiprotonischen Heliumatome verursachte Effekt führt letztendlich zu einer eingeschränkten Genauigkeit bei der Bestimmung der Resonanzfrequenz.
Diese neuen Messungen wurden erstmals mit einer "Zwei-Photonen"-Technik durchgeführt, bei der statt eines Laserstrahls zwei entgegengesetzt gerichtete Laserstrahlen verwendet wurden, um einen Übergang zwischen zwei Energiezuständen anzuregen. Auf diese Art wird die Dopplerverbreiterung aufgehoben. "Ein Vergleich der gemessenen Übergangsfrequenzen mit theoretischen Berechnungen zeigt, dass die Übereinstimmung mit der Theorie um einen Faktor fünf bis zehn besser ist als mit Ein-Photon-Spektroskopie", sagte Masaki Hori vom Max-Planck-Institut für Quantenoptik in München und Leiter des Experiments über den Erfolg der Zwei-Photonen-Spektroskopie laut Aussendung.
Gleich, doch unter entgegengesetzem Vorzeichen
Diese Messung ist eine der genauesten Überprüfungen der Materie-Antimateriesymmetrie im Bereich der Hadronen, das heißt von Elementarteilchen, die aus drei Quarks aufgebaut sind. Die Symmetrie zwischen Materie und Antimaterie findet ihren mathematischen Ausdruck in der sogenannten CPT-Symmetrie. Diese besagt, dass Teilchen und Antiteilchen gleiche Massen, Lebensdauer und gleich große, aber entgegengesetzte Ladung haben. Genaue experimentelle Tests dieser Symmetrie sind u.a. deshalb so interessant, da die Beobachtung, dass das Weltall zum überwiegenden Teil aus Materie besteht, obwohl bei der Entstehung des Universums im Urknall eigentlich gleich viel Materie wie Antimaterie erzeugt hätte werden sollen, ein Hinweis auf eine Verletzung dieser Symmetrie sein könnte.
Die neuen Messungen der Asacusa-Kollaboration deuten darauf hin, dass eine Abweichung der Massen (bzw. Ladungen) von Proton und Antiproton kleiner als sieben mal zehn hoch minus zehn sein muss. "Diese Abweichung entspricht ungefähr der Gewichtsdifferenz, den eine Biene auf dem Riesenrad im Prater ausmachen würde", so Eberhard Widmann, Direktor des Stefan-Meyer-Instituts für subatomare Physik der ÖAW. (APA/red)
