Wissenschaftler erzielen jedoch bedeutende Fortschritte beim besseren Verständnis von Antimaterie. Forscher gaben am Mittwoch (27. September) bekannt, dass sie erstmals nachgewiesen haben, dass Antimaterie auf die Gravitation genauso reagiert wie Materie: indem sie fällt. Der Erfolg des Experiments untermauert erneut die allgemeine Relativitätstheorie des genialen Physikers Albert Einstein.
Simulation von Antiwasserstoffatomen, die in die ALPHA-g-Anlage am Europäischen Kernforschungszentrum (CERN) in Genf, Schweiz, fallen. Foto: US National Science Foundation.
Bekanntlich besteht alles, was wir sehen – von Planeten und Sternen bis hin zu Pudeln und Lollis – aus gewöhnlicher Materie. Antimaterie hingegen ist das geheimnisvolle Gegenstück der gewöhnlichen Materie: Sie besitzt dieselbe Masse, aber entgegengesetzte elektrische Ladungen.
Fast alle subatomaren Teilchen, wie Elektronen und Protonen, besitzen Antiteilchen. Elektronen sind negativ geladen, Antielektronen, auch Positronen genannt, hingegen positiv. Protonen sind positiv geladen, Antiprotonen hingegen negativ.
Laut dieser Theorie hätte der Urknall, der das Universum entstehen ließ, gleiche Mengen an Materie und Antimaterie erzeugen müssen. Es scheint jedoch nur sehr wenig Antimaterie zu geben – und praktisch keine auf der Erde. Außerdem sind Materie und Antimaterie unvereinbar. Würden sie sich berühren, entstünde eine Explosion.
Das Experiment wurde am Europäischen Kernforschungszentrum (CERN) in der Schweiz von Forschern der Arbeitsgruppe Antihydrogen Laser Physics (ALPHA) durchgeführt. Dabei wurde das Antimaterie-Äquivalent von Wasserstoff, dem leichtesten Element, verwendet.
„Auf der Erde entsteht der größte Teil der natürlich vorkommenden Antimaterie durch kosmische Strahlung – energiereiche Teilchen aus dem Weltraum –, die mit Atomen in der Atmosphäre kollidieren und Antimaterie-Materie-Paare bilden“, sagte der Physiker Jonathan Wurtele von der University of California, Mitautor der in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichten Studie.
Diese neu entstandene Antimaterie existiert nur so lange, bis sie in der unteren Atmosphäre mit einem normalen Atom in Kontakt kommt. Antimaterie kann jedoch unter kontrollierten Bedingungen synthetisiert werden, wie beispielsweise im ALPHA-Experiment.
Antiwasserstoff befand sich in einer zylindrischen Vakuumkammer und wurde durch ein Magnetfeld fixiert. Die Forscher reduzierten das Magnetfeld, um die Antimaterie freizusetzen und zu beobachten, ob sie unter dem Einfluss der Schwerkraft zu Boden fallen würde. Sie verhielt sich ähnlich wie Wasserstoff unter denselben Bedingungen.
„Dieses Ergebnis wurde durch Theorie und indirekte Experimente vorhergesagt… Aber noch nie hatte eine Gruppe ein direktes Experiment durchgeführt, bei dem Antimaterie fallen gelassen wurde, um zu sehen, in welche Richtung sie fallen würde“, sagte der Physiker Joel Fajans, Mitautor der Studie an der UC Berkeley.
Als Einstein die allgemeine Relativitätstheorie – eine umfassende Erklärung der Gravitation – entwickelte, ging er davon aus, dass alle Materie gleichwertig sei, was bedeutete, dass Antimaterie sich wie Materie verhalten würde. Antimaterie wurde jedoch erst 1932 offiziell entdeckt.
Der Physiker und Mitautor der Studie, William Bertsche von der Universität Manchester in England, der die Experimente am CERN durchführte, sagte: „Ich denke, dies ist ein Beweis für die Leistungsfähigkeit der allgemeinen Relativitätstheorie und ihrer äquivalenten Prinzipien.“
Indem das Experiment zeigte, dass sowohl Antimaterie als auch Materie von der Schwerkraft angezogen werden, schloss es eine mögliche Erklärung für die bisherige Knappheit an Antimaterie aus: dass diese auf die andere Seite des Urknalls abgestoßen wurde.
Abschließend stellte der Physiker Fajans fest: „Egal wie gut die Theorie ist, die Physik bleibt eine experimentelle Wissenschaft.“
Hoang Hai (laut CERN, UNSF, Reuters)
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