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Symmetriebrechung

Teilchen, Antiteilchen und der kleine Unterschied

Mit präzisen Messungen an subatomaren Teilchen und ihren Antiteilchen suchen Physiker am CERN nach neuen physikalischen Phänomenen. Sie erhoffen sich nicht zuletzt bessere Antworten auf die Frage, warum wir in einer Welt aus Materie leben, wo doch Materie und Antimaterie gleichermaßen im Universum entstanden sein müssten.
Winziges Ungleichgewicht

Eines der großen Rätsel der Physik ist das augenscheinliche Ungleichgewicht von Materie und Anti­materie in unserer Welt. Bisher gibt es im Universum keinerlei Anzeichen für Planeten, Sterne oder gar Galaxien aus Antimaterie. In der Frühphase des Kosmos sollte von beiden Materiesorten gleich viel entstanden sein: Energiereiche Strahlung erzeugte damals fortlaufend massenhaft Paare aus Teilchen und Antiteilchen – beide unterscheiden sich nur durch ihre entgegengesetzten Ladungen –, die sich gegenseitig wieder vernichteten und zerstrahlten. Heute, nachdem sich das Universum stark abgekühlt hat, ist ein Materieteilchen auf eine Milli­arde Strahlungsteilchen übrig. Dieser kleine Überschuss hat genügt, um daraus unsere Materiewelt zu erschaffen. Doch wo sind die Antiteilchen geblieben?

1967 erklärte der russische Physiker Andrei Sacharow das Übergewicht an Materie unter anderem mit subtilen Unterschieden zwischen einer Welt aus Teilchen und einer entsprechenden aus Antiteilchen. Einige Vorgänge müssen hier anders ablaufen als dort. Teilchen und Antiteilchen sind also keine exakten Spiegelbilder – Wissenschaftler sprechen von einem Symmetriebruch …

März 2018

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft März 2018

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  • Quellen

Christenson, J. H. et al.: Evidence for the 2π Decay of the K20 Meson. In: Physical Review Letters 13, 138, 1964

LHCb Collaboration: First Observation of CP Violation in the Decays of Bs0 Mesons. In: Physical Review Letters 110, 221601, 2013

LHCb Collaboration: Precision Measurement of the Bs0–Bs0 Oscilla­tion Frequency with the Decay Bs0   Ds– π+. In: New Journal of Physics 15, 2013

LHCb Collaboration: Measurement of Matter-Antimatter Differences in Beauty Baryon Decays. In: Nature Physics 13, S. 391-396, 2017