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Die Antiwelt

Was ist Antimaterie?

Wir leben in einem Materie-Universum: Alles, was wir um uns herum sehen, besteht aus normaler Materie – ob unser Planet, die Sterne oder die Kerne der Atome. Und diese Materie wiederum besteht aus einer ziemlich begrenzten Anzahl von Elementarteilchen – im Prinzip reichen zwölf Teilchensorten plus ein paar Kraftteilchen und dem Higgs-Boson. Doch es gibt noch eine Gegenwelt – die Welt der Antimaterie.

Spuren in der Nebelkammer

Vermutet hat dies bereits 1928 der Physiker Paul Dirac, als er die heute nach ihm benannte Wellengleichung für Elektronen entwickelte. Ihm fiel auf, dass sie zwei Lösungen hat, eine für das Elektron und eine für ein fast identisches Teilchen mit entgegengesetzter Ladung. Er postulierte daher die Existenz eines Anti-Elektrons, des „Positrons“.

Dieses Foto von Carl Anderson aus dem Jahr 1933 zeigt die Spur eines POsitrons in einer Nebelkammer. © historisch

Diracs gewagte These hatte Folgen: Überall auf der Welt suchten nun Physiker fieberhaft nach diesen Antiteilchen, einige postulierten bereits ein ganzes Periodensystem der Antimaterie. Dirac selbst schlug sogar vor, dass es im Universum: ganze Anti-Galaxien mit Anti-Sternen und Anti-Planeten geben könnte.

1932 wurde die Existenz der Antimaterie schließlich amtlich: Bei Experimenten in einer Nebelkammer bemerkte Carl Anderson Teilchenspuren, die denen eines Elektrons glichen, sich aber im Magnetfeld genau in die andere Richtung krümmten. Schnell war klar: Diese Spuren hatten Positronen aus der kosmischen Strahlung hinterlassen. Anderson hatte damit quasi den ersten „Fingerabdruck der Antimaterie“ nachgewiesen.

Wie ein Spiegelbild

Heute weiß man, dass für alle Teilchen unseres Standardmodells ein entsprechendes Antiteilchen existiert. Für alle Quarks, für Elektronen, Myonen oder Tau-Leptonen und sogar für die geheimnisvollen „Geisterteilchen“, die Neutrinos. Ihre Gegenparts in der Antiwelt haben nach gängigem Wissen die gleiche Masse und auch sonst ziemlich ähnliche Eigenschaften.

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Elektron und Positron haben die entgegengesetzte Ladung und einen umgekehrten Spin. Letzteres ist die Folge der CP-Symmetrie: Die Raumkoordinaten sind umgekehrt. © Xerxes314 / CC-by-sa 3.0

Sie können sich beispielsweise auf ähnliche Weise zu größeren Einheiten verbinden wie die Materiebausteine. Anti-Wasserstoff und Anti-Helium haben Physiker bereits nachgewiesen, aber selbst größere Elemente und sogar Moleküle wären theoretisch möglich.

Es gibt aber einen wesentlichen und entscheidenden Unterschied zwischen Antimaterie und normaler Materie: Die Antiteilchen verhalten sich in bestimmten Merkmalen wie ein Spiegelbild zu ihren Materie-Gegenparts. Ihre Ladung und ihr Spin sind beispielsweise genau entgegengesetzt. Und das hat Folgen: Kommen Teilchen und dazu gehörendes Antiteilchen zusammen, dann löschen sie sich gegenseitig aus und setzen dabei Energie frei.

Antimaterie kann daher in Gegenwart all unserer Materie nicht lange überleben: Sie verschwindet fast sofort wieder, weil sie ständig irgendwo mit ihren Materie-Gegenparts kollidiert. Die große Frage ist aber: Wo kommt die Antimaterie überhaupt her? Und warum scheint sie in unserem Universum gegenüber der Materie so benachteiligt zu sein?

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Nadja Podbregar
Stand: 06.11.2015

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Antimaterie
Eine Reise in die Gegenwelt

Die Antiwelt
Was ist Antimaterie?

Spiegelbild mit kleinen Fehlern
Auf der Suche nach der Symmetrieverletzung

Sie ist überall
Antimaterie gibt es auch in unserer Umgebung

Antimaterie-Gewitter
Gammablitze erzeugen Positronen

Antimaterie = Antigravitation?
Wie reagieren Antiteilchen auf die Schwerkraft?

Antimaterie als Treibstoff?
Wie realistisch ist ein "Warp-Antrieb"?

Tumore, Gehirn und Kristalle
Existierende Anwendungen von Antimaterie

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