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Freitag, 01.07.2016
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Anti-Wasserstoff könnte neutral sein

Neue Messung grenzt mögliche Unterschiede von Materie und Antimaterie weiter ein

Keine Ladung nachweisbar: Anti-Wasserstoff scheint keine elektrische Ladung zu tragen – und gleicht damit seinem Gegenpart in der normalen Materie. Darauf deutet ein Experiment von Physikern am Forschungszentrum CERN hin. Ihre Messungen drücken die mögliche Restladung der Antiatome auf weniger als den Milliardstel Teil einer Elementarladung, wie sie im Fachmagazin "Nature" berichten. Hier scheint der Symmetriebruch zwischen Materie und Antimaterie demnach nicht zu stecken.
Wasserstoff und Anti-Wassersoff - sind beide gleich neutral?

Wasserstoff und Anti-Wassersoff - sind beide gleich neutral?

Die Suche nach einem Symmetriebruch hält an: Weltweit fahnden Forscher nach winzigen Unterschieden in den Merkmalen von Materie und Antimaterie, denn diese könnten erklären, warum heute die Materie im Universum dominiert. Bisher jedoch wurden sie nicht fündig – weder im Masse-Ladungs-Verhältnis noch bei der starken Kernkraft. Bei der Reaktion auf die Schwerkraft steht ein Ergebnis noch aus.

Anti-Wasserstoff im Wechselfeld


Jetzt haben Jeffrey Hangst und seine Kollegen von der ALPHA-Kollaboration am Forschungszentrum CERN einen weiteren Parameter untersucht: Ob Anti-Wasserstoff genauso elektrisch neutral ist wie sein Gegenpart der normalen Materie oder ob er eine Ladung trägt. Möglich wurde dies, weil man diese Verbindung aus einem Antiproton und einem Positron inzwischen in speziellen Magnetkäfigen erzeugen, einige Minuten halten und sogar näher untersuchen kann.

In ihrer aktuellen Studie hielten die Forscher Anti-Wasserstoff-Atome in ihrer Magnetfalle und setzen sie einem wechselnden elektrischen Feld aus. "Jeder dieser Potenzial-Wechsel würde die kinetische Energie eines geladenen Antiatoms stören", erklären die Physiker. Wäre der Anti-Wasserstoff nicht neutral, dann müssten diese Störungen gegenüber ungestörten Antiatomen eine erhöhte Rate an Austritten aus der Falle und an Auslöschungen hervorrufen.


Die ALPHA-2 Falle für Wasserstoff-Atome am CERN

Die ALPHA-2 Falle für Wasserstoff-Atome am CERN

Keine Unterschiede erkennbar


Doch das war nicht der Fall: "Wir beobachteten keine Unterschiede in der Zahl der freigesetzten Antiatome", berichten Hangst und seine Kollegen. "Das deutet darauf hin, dass die Ladung des Anti-Wasserstoffs - wenn es überhaupt eine gibt – unter der von der Falle nachweisbaren liegt." Ihren Berechnungen nach muss die Ladung des Anti-Wasserstoffs kleiner sein als 0,71 parts per billlion der Elementarladung.

{3l}Dieses Ergebnis schließt zwar nicht aus, dass Anti-Wasserstoff vielleicht doch nicht ganz elektrisch neutral ist. Es grenzt aber die Höhe der möglichen Ladung stark ein, wie die Forscher berichten. Von der elektrischen Ladung von Atomen und Molekülen der normalen Materie wisse man, dass sie nicht größer ist als zehn hoch minus 21 Elementarladungen. "Die Symmetrie erfordert daher, dass die Ladung des Anti-Wasserstoffs ähnlich gering ist."

Gegenüber bisherigen Messungen senkt die neue Messung die Höhe der möglichen Ladung des Anti-Wasserstoffs um das 25-fache ab, so Hangst und seine Kollegen. Sie hoffen, diese Grenze zukünftig noch weiter absenken zu können, indem sie ihre Falle weiter optimieren und so die Antiatome länger halten können. "Wir erwarten, dass wir dadurch die Messgrenzen um mehrere Größenordnungen verbessern können", sagen die Forscher. (Nature, 2016; doi: 10.1038/nature16491)
(Nature, 21.01.2016 - NPO)