Teilchenphysik: Das Rätsel unserer Existenz: Cern-Physikern gelingt Rekordmessung

Wie ist das Universum entstanden? Warum haben sich Materie und Antimaterie nicht gegenseitig ausgelöscht? Physiker in Genf suchen nach dem kleinen Unterschied

Auf der Suche nach dem Ursprung unserer Existenz ist Physikern bei der europäischen Organisation für Kernforschung (Cern) in Genf eine Rekordmessung gelungen. Allerdings hat sich die Hoffnung auf eine Erklärung dafür, warum Materie und Antimaterie sich beim Urknall nicht gegenseitig ausgelöscht haben, vorerst zerschlagen, wie Stefan Ulmer der Deutschen Presse-Agentur sagte. Der Physiker ist Gründer des Baryon-Antibaryon-Symmetrie-Experiments (BASE) am Cern, das sich mit den Eigenschaften von Antimaterie beschäftigt.

„Wir haben keinen Unterschied zwischen Protonen und Antiprotonen gefunden, der die Existenz von Materie im Universum erklären könnte“, sagte Ulmer der dpa. Bei der Messung verglichen die Physiker die Massen von Protonen und Antiprotonen auf 11 Stellen nach dem Komma. Nicht auszuschließen sei, dass Unterschiede auf noch mikroskopischerem und noch nicht messbarem Level bestehen, sagte Ulmer. Die Physiker veröffentlichten ihre Ergebnisse am Mittwoch in der Fachzeitschrift „Nature„.

Antimaterie bezeichnet die Antiteilchen, die zu jedem Baustein der Welt, den Elementarteilchen, bestehen. Sie haben die entgegengesetzte elektrische Ladung. Beim Aufeinandertreffen von Teilchen und Antiteilchen vernichtet sich das Paar gegenseitig.

„Es geht um den Ursprung unserer Existenz“

„Im Kern geht es um die Frage nach dem Ursprung unserer Existenz“, sagte Ulmer. „Wenn wir die Urknalltheorie und das Standardmodell der Teilchenphysik vereinigen, gibt es eigentlich keinen Grund, warum das Universum entstehen sollte.“ Denn Materie und Antimaterie müssten sich gegenseitig auslöschen. Verbildlicht: Wenn ein Proton und ein Antiproton in einer Box geschüttelt würden, bliebe nichts übrig. „Das müsste auch beim Urknall passiert sein – ist es aber nicht, denn wir existieren ja“, sagt Ulmer. „Die Frage „warum existieren wir?“ kann die moderne Physik noch nicht beantworten.“quanten

Eine der Theorien ist, dass eine Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie besteht. Wenn Protonen schwerer wären als Antiprotonen, würden – simpel ausgedrückt – bei einem Zusammenstoß einige Protonen übrig bleiben. Das Experiment am Cern hat mit bislang unerreichter Präzision aber keinen Unterschied zu Tage gefördert. „Wir haben mit hoher Messpräzision ausgeschlossen, dass der Unterschied zwischen Materie und Antimaterie auf einer Differenz der Masse beruht“, sagte Ulmer.

Gemessen wurden einzelne Teilchen in einer rund 25 Zentimeter langen Penning-Falle, einem elektromagnetischen Container. Dort konnten die Physiker die Schwingungen von Proton und Antiproton aufzeichnen und vergleichen.

Als nächstes wollen sie eine andere Theorie zum Unterschied zwischen Materie und Antimaterie erneut testen: ob sich statt der Masse vielleicht das magnetische Moment unterscheidet. Mit verbesserter Präzision soll das Schwingen der Teilchen um die eigene Achse gemessen werden. „Wir können jetzt mit einer mindestens zehn Mal höheren Genauigkeit messen als bislang“, sagt Ulmer.

Die Physiker haben nach Angaben von Ulmer auch erstmals ein Experiment geschaffen, das mit höchster Präzision untersuchen kann, ob Antimaterie durch Gravitation gleich schnell nach unten fällt wie Materie. Das vorläufige Ergebnis: Antimaterie reagiert gleich wie Materie. Auch hier können eines Tages noch präzisere Messungen zu anderen Ergebnissen führen, sagte Ulmer.