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Physik: Auf der Jagd nach Antimaterie

Im Schatten des Large Hadron Collider wetteifern mehrere Experimente darum, erste Indizien für eine Physik jenseits des Standardmodells zu entdecken.
2016 wurde der im Umfang 30 Meter große Entschleunigerring ELENA fertig gestellt. Seit August 2017 laufen die ersten Tests mit Antiprotonen; Strahlen aus den Antiteilchen werden hier für hochpräzise Experimente weiter abgebremst.

Ein hoher Hangar der Europäischen Kernforschungsorganisation CERN bei Genf birgt sechs Anlagen, die mit unterschiedlichen Methoden das Wesen einer der am schwersten fassbaren Substanzen im Universum auf­klären sollen. Die Experimente liegen nur Meter von­einander entfernt und manchmal sogar übereinander: Zwei Strahlträger überkreuzen sich wie Rolltreppen im Einkaufszentrum, und tonnenschwere Betonblöcke hängen bedrohlich über den Köpfen.

"Wir haben einander immer im Blick", betont Physiker Michael Doser; er leitet das Experiment AEGIS und hofft damit als Erster zu entdecken, wie Antimaterie – das seltene Spiegelbild normaler Materie – auf die Gravitation reagiert.

Doser und seine Wettbewerber müssen miteinander auf engem Raum zurechtkommen. Das CERN besitzt die weltweit einzige Quelle von Antiprotonen, das heißt von Teilchen, die sich wie Protonen verhalten, bis auf entgegengesetzte Werte für ihre Ladung. Im Hangar liegt der Anti­proton Decelerator (Antiprotonen-Entschleuniger), ein Speicherring mit 188 Meter Umfang. Ihn speisen dieselben Beschleuniger wie seinen viel größeren und berühmteren Bruder, den Large Hadron Collider (LHC). Antiprotonen treten mit nahezu Lichtgeschwindigkeit in den Decelerator ein; er bremst die Teilchen ab und liefert einen Antiprotonenstrom, den die sechs Experimente abwechselnd anzapfen können. All das muss vorsichtig geschehen, denn sobald die Antiteilchen auf Materie stoßen, zerstrahlen sie zu purer Energie ...

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  • Quellen

Ahmadi, M. et al.: Observation of the Hyperfine Spectrum of Antihydrogen. In: Nature 548, S. 66-69, 2017

Ahmadi, M. et al.: Observation of the 1S-2S Transition in Trapped Antihydrogen. In: Nature 541, S. 506-510, 2017

Hori, M. et al.: Buffer-Gas Cooling of Antiprotonic Helium to 1.5 to 1.7 K, and Antiproton-to-Electron Mass Ratio. In: Science 354, S. 610-614, 2016

Nagahama, H. et al.: Sixfold Improved Single Particle Measurement of the Magnetic Moment of the Antiproton. In: Nature Communications 8, 14084, 2017

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