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Naturgesetze

Antiwasserstoff bestätigt Grundlagen der Physik

Messungen am Antiwasserstoff zeigen mit hoher Genauigkeit, dass sich Wasserstoff und Antiwasserstoff gleich verhalten - und bestätigen damit ein fundamentales Naturgesetz.
Eine rote und eine blaue Kugel treffen sich und am Kontaktpunkt gibt es einen Lichtblitz. Es soll eine Materie-Antimaterie-Kollision darstellen, tut das aber in wirklich jeder Hinsicht falsch.

Die Relativitätstheorie ist noch einmal davongekommen: Wie eine Arbeitsgruppe der ALPHA-Kollaboration am CERN berichtet, halten sich die Spektrallinien des Antiwasserstoffs an die so genannte CPT-Invarianz, die auch Grundlage des relativistischen Äquivalenzprinzips ist. Dieses Theorem besagt, dass sich aus einem Vorgang, bei dem Zeitrichtung, elektrische Ladung und rechts und links vertauscht werden, wieder ein nach den physikalischen Gesetzen möglicher Vorgang ergibt. Demnach müssen Wasserstoff und Antiwasserstoff auch exakt die gleichen Eigenschaften haben. Das ALPHA-Team um Jeffrey Hangst von der Aarhus University in Aarhus, Dänemark, fing Antiwasserstoffatome, zusammengesetzt aus einem Antiproton im Zentrum und einem Positron, in einer Magnetfalle ein und regte mit Hilfe eines Lasers den Übergang des Positrons in einen energiereicheren Zustand an. Die dazu nötige Energie stimmt auf etwa zwei Zehnmilliardstel genau mit jener des normalen Wasserstoffes überein.

Die CPT-Invarianz gehört zu den fundamentalen Gesetzen der Physik – neben der Lorentz-Invarianz der Relativitätstheorie basieren auch das Standardmodell der Teilchenphysik und andere Quantenfeldtheorien auf diesem Prinzip. Es ist deswegen keine Überraschung, dass Hangst und seine Gruppe nun die übereinstimmenden Spektrallinien von Wasserstoff und Antiwasserstoff mit hoher Präzision bestätigten. Derartige Messungen wecken dennoch großes Interesse, denn eine Verletzung der CPT-Symmetrie wäre ein Hinweis auf eine mögliche "neue Physik", die die Widersprüche zwischen Standardmodell, Relativitätstheorie und Quantenmechanik auflöst. Einige Modelle, zum Beispiel manche Stringtheorien, sagen CPT-Verletzungen vorher, die man mit hochgenauen Messungen am Antiwasserstoff aufspüren könnte. Neben elektronischen Übergängen misst das ALPHA-Team auch Übergänge zwischen Spinzuständen, die so genannte Feinstruktur der Spektrallinien.

51/2016

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 51/2016

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