Die Physiker haben die ersten genauen Messungen der Wechselwirkung von Licht mit Antimaterieteilchen durchgeführt und keine signifikanten Unterschiede in ihrem Verhalten im Vergleich zur gewöhnlichen Materie festgestellt, was die Wissenschaftler erneut dazu veranlasste, sich zu fragen, warum das Universum existiert. Ihre Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.
„Dies sind die ersten echten spektroskopischen Messungen der Eigenschaften von Antimaterie, die mit Lasern erhalten wurden. Die ultrahohe Präzision unserer neuesten Messungen war eine große Leistung für unser Team. Wir haben 30 Jahre lang versucht, diesen Meilenstein zu erreichen, und es ist uns endlich gelungen, diesen Traum zu verwirklichen “, sagte Jeffrey Hangst, offizieller Vertreter der ALPHA-Zusammenarbeit.
Laut den heutigen Wissenschaftlern erschien in den ersten Augenblicken nach dem Urknall eine gleiche Menge an Materie und Antimaterie. Gleichzeitig besagt das Standardmodell der Physik, dass die Eigenschaften von Antimaterieteilchen mit Ausnahme der Ladung die Eigenschaften ihrer Zwillinge widerspiegeln. Mit anderen Worten, die chemischen und physikalischen Eigenschaften der Antimaterie- und Materieatome müssen identisch sein.
Da sich Materie und Antimaterie bei der Kollision während der Geburt des Universums vernichten, mussten sich ihre Teilchen gegenseitig zerstören und das Universum aller Reserven an Materie und Antimaterie berauben. Daher stellt sich die Frage, wo die Antimaterie "verschwunden" ist und warum das Universum existiert.
Es wird angenommen, dass einer der Gründe für die "Asymmetrie der Materie" in der Existenz kleiner, aber ziemlich signifikanter Unterschiede in der Struktur und den Eigenschaften von Antimaterieteilchen liegen kann. In den letzten Jahren haben Physiker mehrere Hinweise darauf gefunden, dass solche Unterschiede, beispielsweise in der Masse der Protonen und Antiprotonen, immer noch bestehen, aber ihre genaue Änderung wird durch die geringe Genauigkeit der Instrumente und den mikroskopischen Maßstab dieser Asymmetrie behindert.
Angst und seine Kollegen versuchen seit vielen Jahren, mithilfe des ALPHA-2-Geräts, einer speziellen Falle für Positronen und Antiprotonen, Hinweise auf Unterschiede in den Eigenschaften von Materie und Antimaterie zu finden, wodurch sie gezwungen werden, einzelne Antimaterie-Atome zu kombinieren und zu bilden. Aufgrund der absoluten Isolation können in dieser Falle mehrere Tage lang Antimaterie-Atome existieren, ohne zu zerfallen oder zu vernichten.
Das ALPHA-Team hat lange versucht, das Spektrum der Antiwasserstoffatome zu messen. Ein Vergleich mit ähnlichen Daten für Wasserstoff zeigt, ob Licht auf die gleiche Weise mit zwei Formen von Materie interagiert und ob es auch nur die geringsten Unterschiede in der Masse ihrer Partikel gibt.
Die ersten Ergebnisse dieser Art wurden vor sechs und zwei Jahren erhalten, aber diese Messungen waren nicht genau, da sie nicht direkt, sondern indirekt durchgeführt wurden, um die Folgen der Kollision von Partikeln aus Antimaterie und Materie zu beobachten. Wissenschaftler waren gezwungen, sich so zu verhalten, weil es zu wenige Antiwasserstoffatome gab. Dies verhinderte die Suche nach möglichen Spuren der "neuen Physik" und die Lösung des Geheimnisses des Verschwindens der Antimaterie.
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Angst und seine Kollegen konnten dieses Problem lösen, indem sie die Struktur der Falle so modifizierten, dass sie Antiwasserstoff mit sieben Arten von Laserstrahlen gleichzeitig bestrahlen konnten. Durch die Kombination von Bildern, die während eines solchen "Beschusses" erhalten wurden, konnten die Wissenschaftler die Genauigkeit der Messungen um das 100-fache erhöhen und eine Fehlerquote von nicht mehr als zwei Teilen pro Billion erreichen. Dies sind nur drei Größenordnungen weniger als die Genauigkeit, die beim "Brennen" von Wasserstoff erreicht wird.
Wie in den letzten beiden Malen stimmten die Spektren von Materie und Antimaterie vollständig überein, was darauf hindeutet, dass sie auf die gleiche Weise mit Licht interagieren und vermutlich eine identische Masse haben. Zusammen mit anderen jüngsten Messungen anderer Eigenschaften von Antiprotonen lässt diese Entdeckung Wissenschaftler zunehmend fragen, wo sich der Unterschied zwischen Materie und Antimaterie "versteckt".
Die ersten Antworten auf diese Fragen werden, wie Angst und seine Kollegen hoffen, sehr bald eingehen, wenn ALPHA-2 modernisiert und erweitert wird, was die Genauigkeit der Spektrummessungen um mehrere Größenordnungen erhöht und der Lösung des Rätsels der Existenz des Universums näher kommt.
