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Antimaterie

Der kleine Unterschied zwischen Materie und Antimaterie

Auf diesem Bild einer Blasenkammer sieht man die Entstehung eines Materie- und eines Antimaterieteilchens.
Bild: DESY

Zu jedem Elementarteilchen gibt es ein so genanntes Antiteilchen. Es hat genau die gleichen Eigenschaften wie das entsprechende Elementarteilchen, beispielsweise exakt dieselbe Masse. Seine Ladungen sind allerdings entgegengesetzt. So ist das Antiteilchen des negativ geladenen Elektrons das positiv geladene Positron. Wenn Teilchen und Antiteilchen aufeinander treffen, vernichten sie sich gegenseitig.


  Was geschah beim Urknall?

In der frühen Entstehungsphase unseres Universums standen die Erzeugung und die Vernichtung von Teilchen in einem Gleichgewicht. Nach wenigen Sekunden war das Universum aber soweit abgekühlt, dass sich nur noch Teilchen-Antiteilchen-Paare vernichteten, aber keine neuen mehr entstanden. Spuren dieses Vernichtungsprozesses sehen wir heute noch: die Photonen der kosmischen Hintergrundstrahlung.

Gemäß dieser Vorstellung müsste sich allerdings alle entstandene Materie und Antimaterie vernichtet haben. Nun bestehen aber die Sonne, die Planeten und alles andere im Universum aus "normaler" Materie. Materie und Antimaterie können sich also nicht vollständig vernichtet haben. Man vermutet daher, dass es in der Frühphase des Universums Zerfälle von Teilchen gab, die etwas mehr Materie als Antimaterie erzeugt haben. Der nach der Vernichtung übrig gebliebene winzige Überschuß bildet heute die gesamte sichtbare Materie unseres Universums.

Nachweis mit Hilfe des LHC

Mit Hilfe des LHC werden Wissenschaftler nach winzigen Unterschieden beim Zerfall von Materie- und Antimaterieteilchen suchen, die dieses Ungleichgewicht, das man in der Physik als Symmetrieverletzung bezeichnet, erklären könnten. Im Rahmen des Standardmodells tritt eine solche Symmetrieverletzung zwar auf, sie kann aber das Missverhältnis zwischen Materie und Antimaterie nicht erklären. Es muss somit eine weitere, bisher unentdeckte Quelle für die Symmetrieverletzung jenseits des uns bekannten Standardmodells geben. Alle Detektoren am LHC werden nach diesen zusätzlichen Effekten suchen.

Das LHCb-Experiment – benannt nach dem Beauty-Quark, in dessen Wechselwirkungen Physiker Hinweise auf die Symmetrieverletzung vermuten – wird hierbei eine zentrale Rolle spielen. Mit LHCb werden B-Mesonen erzeugt, Teilchen, die ein Beauty-Quark enthalten. Die hochpräzise Messung der Zerfälle dieser B-Mesonen könnte Hinweise auf bisher unbeobachtete symmetrieverletzende Prozesse liefern, die erklären, wie bei der Vernichtung von beispielsweise einer Milliarde Materieteilchen mit ihren Antiteilchen genau ein Materieteilchen übrigblieb.


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