Die Geschichte der Materie

ANTIMATERIE                                                          

Schon 1929 sagte der britische Physiker Paul Dirac die Existenz von Antiteilchen voraus. Demnach gibt es zu jeden "normalen" Teilchen, wie dem Proton oder dem Elektron, ein Pendant (ergänzendes Gegenstück). Teilchen und entsprechende Antiteilchen besitzen die selben Eigenschaften ( z.B. die gleiche Masse und gleiche Lebensdauer). Entscheidend ist ihre elektrische Ladung, sie ist, zwar gleich groß, doch ihre Ladungs- Vorzeichen bzw. ihre elektrische Polung ist Entgegengesetzt. Ein Elektron besitzt  eine negative elektrische Ladung, deren Antiteilchen das Positron ist "positiv".
1932 wurde diese Theorie der Antimaterie durch den US - Physiker Carl Andersen, als er das Positron entdeckte, bestätigt.
1955 gelang es dann einer Gruppe amerikanischer Physiker in Brekeley erstmals auch Antiprotonen herzustellen. Heute ist die Liste der bekannten Antiteilchen auf etwa 100 angewachsen. Es zweifelt heute niemand daran, dass es zu jedem Teilchen ein Antiteilchen gibt. Doch in der Natur kommen Antiteilchen indes nicht vor. Nähert sich ein Teilchen seinem Antiteilchen so zerstören sie sich gegenseitig und lösen sich in zwei Lichtstrahlen ( Quanten ) auf. Dieser Vernichtungsdrang verbirgt ein tiefgreifendes Rätsel in sich.

Warum gibt es überhaupt Materie ?

Nach der Urknalltheorie war Anfangs, durch die enorme Hitze, der Raum ausschließlich mit Strahlung erfüllt. Als sich dann durch Expansion und Abkühlung die ersten Teilchen bildeten, so z. B. die Quarks (Bausteine der Atomkerne). Dabei hätten damals gleichviel Quarks und Antiquarks entstehen müssen, wobei sie sich gegenseitig vernichtet hätten und übrig geblieben wäre nichts als Strahlung. Tatsächlich blieb bei der Vernichtung von je einer Milliarden   Quarks - Antiquarks - Paaren ein Quark übrig. Dieser winzige Überschuss (er beruht nicht aus zufälligen Häufigkeitsschwankungen) verdanken wir unserer Existenz.
Die Lösung dieses Rätsels versuchten 1964 die US-Physiker Val Fitch und James Cronin am Beispiel einer speziellen Teilchensorte zu beweisen, den sogenannten "Kaonen". Sie lassen sich in Teilchenbeschleuniger erzeugen, sie sind aber sehr instabil und zerfallen in extrem kurzer Zeit. Die US-Forschen konnten nachweisen, dass bei der selben Anzahl von Kaonen und Antikaonen bei deren Zerfall etwas mehr Teilchen als Antiteilchen entstehen. Das erste und bislang das einzige Mal wurde beobachtet, dass die Natur aus einem unbekannten Grund Materie gegenüber Antimaterie bevorzugt.
Der Physiker und Nobelpreisträger Andrei Sacharow erkannte darin als Erster die Möglichkeit, den Überschuss an Quarks im Urknall zu erklären. Noch ist aber die Ursache der anfänglichen Asymmetrie nicht geklärt. Der kleinste Unterschied in den Eigenschaften von Atomen und den entsprechenden Antiatomen kann der Schlüssel zur Antwort auf diese Frage sein.
Jetzt wollen Physiker im Teilchenlabor Cern in Genf, in einem neuen Experiment unterschiedliche Arten von Antiatomen erzeugen, einfangen und studieren. Hierfür hat das Cern in den vergangenen Jahren für 7,5 Millionen Mark ihre neue Antimaterie - Maschine gebaut. Protonen (Wasserstoffkerne) werden mit nahezu Lichtgeschwindigkeit durch eine Kupferscheibe geschossen. Bei Zusammenstößen mit darin befindlichen Atomkernen entstehen Antiprotonen. Die fliegen aus dem Metallkern heraus und gelangen  mit Hilfe von Magnetfeldern in einem Ring mit 60 Metern Durchmesser, wo sie mit verschiedenen Methoden stark gebremst werden. Danach werden sie in drei verschiedenen wissenschaftlichen Instrumenten eingefangen und detailliert untersucht.  In den Dekoren "Athena" und "Atrap" bringt man die Antiprotonen und Antielektronen (Positronen) zusammen, so dass sie zu Antiwasserstoffatomen zusammenlagern können. In dem Experiment "Asacusa" gehen die Physiker der Frage nach, wie Antiprotonen mit normalen Atomen regieren. In diesem Experiment könnte dann vielleicht die Frage beantwortet werden, ob sich Materie- und Antimaterie- Teilchen wirklich wie Bild und Spiegelbild verhalten, oder ob es winzige Unterschiede gibt. Diese könnten erklären, warum es im Universum überhaupt Materie gibt, aus der die Sterne, Planeten und auch wir Menschen bestehen.

Auszug aus dem wissenschaftlichen Artikel der Tageszeitung "DIE WELT" von Thomas Bührke vom 10.08 2000 Titel: "Neue Antimaterie-Maschine läuft"

* 96 Seiten
Preis: 12.- DM,
Dieter B. Herrmann
Antimaterie im Weltall?


Ein Forschungsrätsel
Bedeutsame Teile des modernen astronomischen Weltbildes, insbesondere die Urknallhypothese, beleuchtet der Autor in seinem Buch. Er schildert auch für einen breiteren Leserkreis leicht verständlich die engen Wechselbeziehungen zwischen Astronomie und Elementarteilchenphysik im 20. Jahrhundert und gibt damit ein Beispiel für Forschungsstrategien, Irrwege und Lösungen in der modernen Wissenschaft.


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