Antimaterie gehört zu den rätselhaftesten Bausteinen des Universums. Spätestens seit Dan Browns »Illuminati« ist der Begriff auch außerhalb der Physik bekannt. Gemeint sind damit quasi identische Kopien von Teilchen, nur mit umgekehrter Ladung. Trifft ein Teilchen auf sein Antiteilchen, vernichten sich beide gegenseitig, ihre jeweilige Masse wird gänzlich in Energie umgewandelt. In Dan Browns Roman wird Antimaterie aus diesem Grund zur furchtbaren Waffe. Physikerinnen und Physikern bereitet die Substanz allerdings aus ganz anderen Gründen Sorgen. Denn es gibt davon viel zu wenig.

Falls sich Materie und Antimaterie wirklich nur hinsichtlich ihrer Ladung unterscheiden, dann sollte es gleich viel von beidem im Universum geben. Da sich heute längst alles ausgelöscht hätte, sollte das Universum völlig leer sein. Das ist aber nicht der Fall, und darum müssen im frühen Universum Prozesse gewirkt haben, die Materie und Antimaterie unterschiedlich behandeln. Demnach sollten sich beide Materiearten voneinander unterscheiden.

Nach solchen Abweichungen suchen Fachleute seit Jahrzehnten. Ein internationales Forschungsteam hat die Daten des ALPHA-Experiments am europäischen Kernforschungszentrum CERN zu Antiwasserstoff ausgewertet und die Ergebnisse in der Fachzeitschrift »Nature« zusammengetragen.

Antiwasserstoff besteht aus einem Antiproton und einem Antielektron, dem Positron. Das ALPHA-Experiment erzeugt diese Antiatome, indem es Antiprotonen aus Teilchenkollisionen mit Positronen aus radioaktiven Zerfällen zusammenführt. Die Antiwasserstoff-Atome werden in Magnetfeldern gespeichert. Seit 2010 führen die Fachleute mit den Teilchen Präzisionsexperimente durch: Sie konnten bereits zeigen, dass das Antiatom genauso nach unten fällt wie herkömmliche Materie und einen gleichen Übergang vom 1S- zum 2S-Orbital hat wie Wasserstoff. In der neuen Veröffentlichung haben sich die Fachleute auf die sogenannte Hyperfeinaufspaltung konzentriert.

Präzise Untersuchungen von Wasserstoff offenbaren eine ganz feine Aufspaltung bei den Energieniveaus. Grund dafür ist die Struktur des Kerns: Das Proton ist kein Punktteilchen, sondern besteht aus einer Wolke aus Quarks und Gluonen. Deren räumliche Verteilung erzeugt ein Magnetfeld, das die Elektronen beeinflusst. Als Ergebnis findet man die Hyperfeinaufspaltung. Indem man diese in Antiwasserstoff untersucht, erfährt man also mehr über die Beschaffenheit von Antiprotonen.

Bereits 2017 gab es erste Untersuchungen der Hyperfeinaufspaltung von Antiwasserstoff, doch erst jetzt seien die Experimente genau genug gewesen, um Aufschluss über die zugrunde liegende Struktur der Antiprotonen zu liefern, geben die Fachleute an. Sie konnten die Präzision demnach gegenüber den ersten Messungen um den Faktor 100 steigern. Das Ergebnis: Die Hyperfeinaufspaltung von Antiwasserstoff entspricht jener von Wasserstoff. 

Doch das letzte Wort ist noch nicht gesprochen. Wegen der komplizierten Handhabung von Antiwasserstoff sind die Messergebnisse noch millionenfach ungenauer als jene für üblichen Wasserstoff. Deswegen feilen die Fachleute weiter am Versuchsaufbau und versuchen so, die Präzision des Experiments künftig weiter zu steigern. Vielleicht zeigt sich erst mit noch höherer Genauigkeit ein messbarer Unterschied – und damit ein Hinweis darauf, warum unser Universum überhaupt existieren kann.