Fragen zur Antimaterie

Frage

Sie erklären recht verständlich, warum Dunkle Materie angenommen wird, wohingegen mir momentan die Existenz beziehungsweise. ehemalige Existenz der Antimaterie recht hypothetisch vorkommt?

Antwort

In der Tat ist das Gegenteil der Fall: Dunkle Materie ist ein weithin anerkanntes Konzept, aber es ist keinesfalls verstanden aus welchen Teilchen diese besteht. Der LHC könnte Erkenntnisse liefern um diese Dunkle Materie zu verstehen.

Antimaterie dagegen ist ein bekannter Fakt. Das erste Mal wurde diese 1928 theoretisch vorhergesagt und kurz danach experimentell bestätigt.

Das bekannteste Beispiel für Antimaterie kommt aus der medizinischen Physik: der PET-Scanner. PET steht für Positronen-Emissions-Tomographie. Hier werden die Antiteilchen der Elektronen – die so genannten Positronen – benutzt, um das Innere des Gehirns zu vermessen und so zum Beispiel Tumore zu erkennen.
 
Komplizierter ist das Vermessen ganzer Atome (nicht einzelner Elementarteilchen). Hier ist am CERN kürzlich ein Durchbruch gelungen: Wissenschaftler haben solche Anti-Atome für über 1000 Sekunden gespeichert und vermessen. Detaillierte Informationen darüber gibt es zum Beispiel hier, im CERN Courier (auf Englisch)
oder bei interactions (auf Englisch).

Frage

Können Sie mir noch deutlicher erklären, wie es zu dieser Theorie kommt?

Antwort

Die Theorie der Antimaterie wurde von Dirac 1928 vorgeschlagen. Dies hat ihm 1933 den Nobelpreis eingebracht, nachdem im Vorjahr Anti-Teilchen in kosmischer Höhenstrahlung mit Hilfe einer Nebelkammer nachgewiesen wurde.

Eine sehr anschauliche Erklärung des Mathematischen Konzeptes ist zum Beispiel hier zu finden.

Frage

Warum weisen die Photonen der kosmischen Hintergrundstrahlung zwingend auf die Vernichtung Materie/Antimaterie hin?

Antwort

Wenn Materie und Antimaterie sich treffen "zerstrahlen" sie, d.h. die Energie ihrer Masse wird komplett in Photonen umgewandelt. Wenn sich zum Beispiel ein Elektron und sein Antiteilchen das Positron treffen, erzeugen sie ein Photon der Energie von genau zweimal der Elektronenmasse.

Guckt man sich nun das Verhältnis von Photonen in der kosmischen Hintergrundstrahlung zu Elektronen und Protonen an, dann kann man daraus errechnen, dass es einen winzigen Materie-Überschuss gegeben haben muss.

Das man heute davon ausgeht, dass es keine größeren Mengen Antimaterie irgendwo im Universum gibt, kommt daher, dass man noch keine Vernichtungsstrahlung beobachtet hat, die entstehen würde, wenn Materie-Galaxien wie unsere auf Antimaterie-Galaxien treffen würden.

Aus der nicht-Existenz von diesen typischen Signalen kann man nun auf das Fehlen von größeren Mengen Antimaterie schließen.

Johannes Albrecht ist seit etwa zwei Jahren am CERN angestellt und arbeitet am LHCb-Experiment. Dort sucht er nach Anzeichen neuer Physik in seltenen Zerfällen von B-Mesonen.