Wissenschaftlern am Forschungszentrum Cern ist es erstmals gelungen, das optische Spektrum eines Antiwasserstoff-Atoms zu messen. Dafür waren technische Entwicklungen nötig, die nun erlauben, dem Rätsel der Antimaterie noch genauer auf den Grund zu gehen.

Eine der grossen Fragen der Physik ist, warum das Universum grösstenteils aus Materie besteht. Denn das Standardmodell der Teilchenphysik – auf dem quasi das ganze Theoriegebäude der Physik beruht – sagt voraus, dass es nach dem Urknall gleich viel Materie und Antimaterie gab.

Spezifisches Muster

Auf der Suche nach einer Erklärung versuchen Physikerinnen und Physiker die Eigenschaften von Antimaterie-Atomen präzise zu vermessen und mit jenen ihrer Materie-Gegenstücke zu vergleichen. Wissenschaftler vom Alpha-Forschungskonsortium des Cern berichten nun im Fachjournal «Nature», dass es ihnen erstmals gelungen ist, das optische Spektrum eines Antiwasserstoff-Atoms zu messen.

Gemeint ist das spezifische Muster an Wellenlängen, welches das Atom absorbiert oder abstrahlt, wenn seine Elektronen in einen angeregten Zustand versetzt werden beziehungsweise wieder in den Grundzustand zurückfallen.

Seinem Pendant ganz ähnlich

Die Cern-Forschenden fanden heraus, dass Antiwasserstoff – im Rahmen der sehr präzisen Messgenauigkeit – das gleiche optische Spektrum besitzt wie Wasserstoff, wie das Cern am Montag mitteilte. Die Resultate bestätigen damit einmal mehr das Standardmodell der Teilchenphysik.

Eine gewisse Messunsicherheit bleibt jedoch – und vielleicht versteckt sich ausgerechnet darin ein Unterschied zwischen Materie und Antimaterie. Künftig wollen die Forscher daher die Präzision noch weiter erhöhen und damit der Symmetrie von Materie und Antimaterie – und damit dem Standardmodell – noch genauer auf den Zahn fühlen.

Schwierig zu fassendes Teilchen

Das Spektrum von Antimaterie zu messen, ist dabei alles andere als einfach: Antimaterie-Teilchen sind schwierig herzustellen und stabil zu halten. Hinter der Studie steckten 20 Jahre technologische Entwicklungsarbeit, schrieb das Cern.

Geladene Anti-Teilchen wie beispielsweise Antiprotonen zu bewegen und zu fangen, sei relativ einfach, erklärte Jeffrey Hangst, Sprecher des Alpha-Konsortiums, gemäss der Mitteilung. Antiwasserstoff-Atome seien eine schwierigere Angelegenheit, weil sie neutral geladen seien.

«Wir haben daher eine spezielle magnetische Teilchenfalle gebaut, die darauf beruht, dass Antiwasserstoff ein klein wenig magnetisch ist.» So konnten die Wissenschaftler die Antiwasserstoff-Atome in der speziellen Vakuumfalle fangen und das optische Spektrum messen. Dieses Ergebnis demonstriere das Potenzial der technischen Entwicklung, die den Weg zu einer neuen Ära der hochpräzisen Antimaterie-Forschung ermögliche, so das Cern.

SDA/mch