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News: Das Gewicht von Antimaterie

Einer der Stützpfeiler der modernen Physik ist, daß Teilchen aus Antimaterie und Materie perfekte Pendants sind, bis hin zu ihrer Masse. Und die Physiker haben Glück: Auch nach einer erneuten Messung mit außergewöhnlicher Präzision wiegen Protonen und Antiprotonen gleich viel.
Ein internationales Wissenschaftlerteam hat auf einer Konferenz der Division of Atomic, Molecular, and Optical Physics der American Physical Society in Santa Fe entsprechende Ergebnisse präsentiert. Die Forscher hatten ein Proton und ein Antiproton in einer Falle gefangen und sind zu dem Schluß gekommen, daß beide dieselbe Masse besitzen.

Einige spekulative Theorien haben vorhergesagt, daß Materie und Antimaterie geringfügig unterschiedliche Massen besitzen könnten. Darum beschlossen Gerald Gabrielse und Anton Khabbaz von der Harvard University zusammen mit Mitarbeitern der Universität Bonn und weiterer Forschungseinrichtungen, dies experimentell nachzuprüfen. Mit einem System von elektrischen und magnetischen Feldern fingen sie ein einzelnes Antiproton aus dem Beschleuniger LEAR des CERN in der Nähe von Genf ein. Das Teilchen bewegte sich in der Falle im Kreise. Die Forscher führten dann ein negatives Wasserstoffion in dieselbe Falle ein (ein Proton, das von zwei Elektronen umkreist wird). Protonen und Antiprotonen besitzen entgegengesetzte Ladungen, das Wasserstoffion hat jedoch dieselbe Ladung wie ein Antiproton, so daß beide gut zu vergleichen sind.

Um festzustellen, ob ihre Massen sich unterscheiden, beobachtete das Team, wie schnell die Partikel sich in der Falle bewegten. Wäre ein Teilchen schwerer, dann würde es etwas länger für seinen Umlauf benötigen. Zur Überprüfung verwendeten sie winzige Elektroden. "Immer dann, wenn das Teilchen an einer Elektrode vorbeifliegt, induziert es einen Strom, der durch einen Widerstand fließt. Diesen Strom verstärken und messen wir," erklärt Khabbaz.

Die Gruppe fand heraus, daß die beiden in nahezu identischen Kreisen herumrasten, mit einem Durchmesser von 100 Mikrometern und einer Rotationsgeschwindigkeit von 90 Millionen Umdrehungen pro Sekunde. Daraus schlossen sie – nachdem sie die winzigen Massen der beiden Elektronen abgezogen hatten –, daß das Proton und das Antiproton bis auf 10 Dezimalstellen genau dieselbe Masse besitzen. "[Die Präzision] dieses Ergebnisses ist außergewöhnlich", sagt Jook Walraven, Physiker am Institut für Atom- und Molekularphysik in Amsterdam.

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