Forschenden der Europäischen Organisation für Kernforschung, auch bekannt als CERN, in Genf ist es zum ersten Mal gelungen, Antimaterie für einen Transport über den Campus des Hauptlabors zu stabilisieren. Was zunächst nur wie ein kleiner Erfolg wirken mag, bereitet den Weg für wichtige internationale Kooperation und neue Fortschritte im Bereich der Teilchenphysik.
Genf. Am CERN ist der weltweit erste Transport von Antimaterie über mehrere Kilometer gelungen. Im Rahmen eines Experiments namens BASE wurden 92 Antiprotonen stabilisiert und in einem Lastwagen über den Campus des CERN-Labors transportiert. Bisher war eine Stabilisierung von Antiprotonen für einen so langen Zeitraum nicht möglich, was die Erforschung der Antimaterie sehr erschwerte. Vor allem, weil Herstellung von Antiprotonen bisher nur in einem Teil von CERN, der sogenannten Antimatter Factory, möglich ist – andere Labors haben nicht die benötigte Ausrüstung um die Antiprotonen zu synthetisieren. Mit andauernder Stabilisierung der Antimaterie kann nun auch an anderen Standorten und mit umfassenderen Experimenten an Antimaterie geforscht werden.
Antimaterie könnte man als Zwilling der herkömmlichen Materie bezeichnen. Teilchen, aus denen die herkömmliche Materie besteht, haben ein dazugehöriges Antiteilchen, welches die gleiche Masse, Lebensdauer und Wechselwirkungen wie das herkömmliche Teilchen aufweist. Der Unterschied liegt jedoch darin, dass sie in einigen Aspekten wie bspw. der elektrischen Ladung genau entgegengesetzt zu den konventionellen Teilchen sind. So hat das Antiteilchen zum negativ geladenen Elektron, das Positron, zwar die gleiche Masse und ist auch in anderen Hinsichten nahezu identisch mit Elektronen, hat aber z.B. eine positive Ladung. Die subatomaren Teilchen haben also jeweils ein komplementäres Gegenstück. Wenn Materie und Antimaterie aufeinander treffen, vernichten sie sich gegenseitig und setzen dabei Energie frei. Daher ist die Stabilisation und vor allem der Transport solcher Antiteilchen bisher nicht gelungen, da jeglicher Aufbewahrungsbehälter aus herkömmlicher Materie besteht und nur unter sehr bestimmten Voraussetzungen eine Aufbewahrung ohne direkte gegenseitige Vernichtung der Teilchen möglich ist. Dafür werden sogenannte Penning-Fallen benutzt.
Genau eine solche Penning-Falle wurde nun in einem portablen Maßstab am CERN entwickelt. Um die Antiprotonen, also Teilchen mit Masse und Lebensdauer von Protonen, aber mit u.a. negativer Ladung, zu transportieren, wurde ein Behälter entwickelt, in dessen Inneren ein ultra hohes Vakuum, supraleitende Magnetfelder und extrem niedrige Temperaturen herrschen. Dieser Behälter wurde dann auf einer vibrationsgeschützten Transportplattform aufgestellt, da auch nur ein kleinster Fehler und die kleinste Berührung von Protonen und Antiprotonen zum Fehlschlagen des Experiments geführt hätten. Diese portable Penning-Falle wurde dann in einem Lastwagen installiert und ermöglicht so den Transport.
Die Erforschung von Antimaterie könnte einen Beitrag zum Klären einer der grundlegendsten Fragen der Physik beantworten, der Frage nach der Existenz des Universums. Unseren bisherigen Modellen zur Entstehung des Universums zufolge hätte eigentlich gleich viel Materie und Antimaterie entstehen müssen, die sich dann gegenseitig ausgelöscht hätten und nichts als leeren Raum zurücklassen müssten. Dass dies natürlich nicht der Fall ist und das Universum voll von Materie ist, während Antimaterie fast gänzlich abwesend ist, ist eine der größten Fragen der Teilchenphysik.
Der Transport von Antiteilchen zu anderen Labors und damit die Möglichkeit zu mehr Forschung über Antimaterie auf der ganzen Welt könnte nun eine neue Ära der Teilchenphysik einläuten und ist ein wichtiger Schritt zur Klärung einer der aktuell größten Fragen der Naturwissenschaft.
