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Teilchenphysik: Laserspektroskopie mit Antimaterie

Erstmals haben Physiker ultraviolette Strahlungs­übergänge bei einem Antimaterie-Atom beobachtet und höchst präzise gemessen. Wie die Ergebnisse zeigen, ist die fundamentale Symmetrie im Standardmodell der Teilchenphysik offenbar nicht verletzt. Damit bleibt weiterhin ungeklärt, warum das Universum praktisch keine Antimaterie enthält.
ALPHA ist eines von sechs Experimenten mit Antiprotonen am Europäischen Forschungszentrum CERN in Genf.Laden...

Als es Paul Dirac 1928 gelang, eine Theorie der Quantenmechanik zu formulieren, die mit der speziellen Relativitätstheorie vereinbar ist, war der Preis dafür das Postulat von Antimaterie. Diese Antiteilchen sollten ihren gewöhnlichen Partnern in allen Quanteneigenschaften gleichen, ihre Ladung würde jedoch das jeweils ent­gegengesetzte Vorzeichen aufweisen. Die bekanntesten Kandidaten unter ihnen sind die positiv geladenen Positronen als Antiteilchen der Elektronen und die negativ geladenen Antiprotonen als Pendant zu den Protonen.

Seit Carl Anderson die Positronen 1932 in Sekundär­ereignissen der kosmischen Höhenstrahlung nachwies, gibt es keinen Zweifel mehr an der Existenz von Antimaterie, wenngleich das Universum nahezu ausschließlich aus Materie besteht. Diese Materie-Antimaterie-Asymmetrie ist noch immer eines der großen Rätsel der Physik.

Eng damit verknüpft ist die Frage nach grundlegenden Symmetrien in der Teilchenphysik. Das Standardmodell der Teilchenphysik geht von der so genannten CPT-Invarianz aus. Ihr zufolge bleibt bei jeglichen Prozessen von Teilchen- oder Kernzerfällen die fundamentale Symmetrie der simultanen Raumspiegelung (Paritätstransformation, P), sowie der Zeit- und Ladungsumkehr (T und C) erhalten. Diese Eigenschaft schränkt aber auch die Möglichkeiten zu einer sinnvollen Erweiterung des Standardmodells entsprechend ein.

Wäre die CPT-Invarianz unter gewissen Umständen verletzt, ließe sich damit der Überschuss an gewöhnlicher Materie erklären. Ob diese Symmetrie jedoch tatsächlich in der Natur exakt erhalten ist oder nicht, ist nach wie vor eine offene Frage ...

Juli 2017

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft Juli 2017

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  • Quelle

Ahmdi, M. et al.: Observation of the 1S–2S Transition in Trapped Antihydrogen. In: Nature 541, S. 506–510, 2016