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Antimaterie fällt wie normale Materie herunter

17.01.2022

Physiker der Europäischen Organisation für Kernforschung CERN führten eine Reihe von Studien durch und stellten fest, dass Antimaterie wie gewöhnliche Materie mit der Schwerkraft interagiert und in die „richtige“ Richtung fällt, d.h. Abstieg. Zweifellos scheint dies eine völlig offensichtliche Sache zu sein, aber Wissenschaftler konnten diese Tatsache lange Zeit weder bestätigen noch leugnen, und nur das letzte Experiment erlaubte ihnen, eine mehr oder weniger genaue Antwort zu geben, aber selbst dann mit einigen Annahmen.

Antimaterie ist eine exakte Kopie der Materie mit nur einem wichtigen Unterschied – dem Vorhandensein einer entgegengesetzten elektrischen Ladung. Und dieser Unterschied hat schwerwiegende Folgen: Jedes Mal, wenn ein Teilchen gewöhnlicher Materie und Antimaterie im Weltraum kollidieren, zerstören sie sich gegenseitig und verwandeln sich in reine Energie.

Zum Glück für uns alle und die Welt um uns herum, die aus gewöhnlicher Materie besteht, ist Antimaterie eine Seltenheit im Universum. Und das ist eine der wichtigsten Grundfragen der modernen Physik, denn beim Urknall im Universum müssten gleich viel Materie und Antimaterie entstanden sein. Aber bei all dem mischte sich ein unbekannter Faktor ein, der das Gleichgewicht zwischen der Menge der Materie und ihrem Antipoden störte und nicht zuließ, dass das gesamte Universum sofort im Feuer der Vernichtung zugrunde ging.

Daher suchen Physiker durch das Studium der Antimaterie beharrlich nach diesem unbekannten Faktor, der in den unbedeutendsten Unterschieden zwischen bestimmten Materieteilchen und ihren Antiteilchen verborgen sein kann. Nach dem Standardmodell sollte es solche Unterschiede nicht geben, und wenn Wissenschaftler etwas finden können, wird es ihnen eine ganz neue Welt völlig anderer Physik eröffnen.

Aus dem oben Gesagten folgt, dass die Spektrallinien von Materie und Antimaterie gleich sein sollten. Diese Tatsache wurde 2016 von CERN-Wissenschaftlern am Beispiel von Wasserstoff und wasserfrei getestet und bestätigt. Auch Wissenschaftler stellten lange Zeit die Frage nach der Wechselwirkung von Antimaterie mit der Schwerkraft, trotz der scheinbaren Einfachheit dieser Frage erforderte die Suche nach einer Antwort darauf Jahre intensiver Forschung. Auch hier sollte Antimaterie nach demselben Standardmodell wie gewöhnliche Materie mit der Schwerkraft interagieren, aber es besteht eine winzige Chance, dass diese Wechselwirkung ein "entgegengesetztes Vorzeichen" haben kann und Antimaterie unter dem Einfluss der Schwerkraft "nach oben fällt".

Um den Vektor der Wechselwirkung zwischen Antimaterie und Schwerkraft zu testen, platzierten Wissenschaftler Antiprotonen und Wasserstoffionen in einem elektromagnetischen Gerät, das als Penning-Fallen bekannt ist. In der Falle bewegen sich geladene Teilchen unter dem Einfluss komplexer Magnetfelder auf einer zyklischen Bahn. Durch die Messung der Frequenzen dieser Bewegung können Wissenschaftler das Masse-Ladungs-Verhältnis der Teilchen berechnen, das für Materie und Antimaterie gleich sein sollte. Aber alle Unterschiede, die gefunden werden könnten, würden auf eine unterschiedliche Wechselwirkung mit den Schwerkraftkräften hinweisen.

Die Tatsache, dass Antimaterie wie gewöhnliche Materie mit der Schwerkraft interagiert, war für Wissenschaftler keine große Überraschung. Die Zuverlässigkeit der erhaltenen Ergebnisse wird durch die Tatsache belegt, dass alle Messungen mit einer Genauigkeit von 97 Prozent durchgeführt wurden, viermal genauer als ähnliche Messungen, die zuvor durchgeführt wurden.

Bei den verbleibenden drei Prozent gibt es jedoch ein winziges Schlupfloch, durch das sich bizarre Gesetze einer anderen Physik in all dies einschleichen können. Es ist wahrscheinlich, dass andere Experimente, die einen einfacheren Ansatz verwenden, völlig andere Ergebnisse liefern, im Gegensatz zu den Ergebnissen, die von Wissenschaftlern am CERN erzielt wurden. Und dann wird das alles nicht nur ein Hinweis, sondern ein riesiges "Wegweiser", das die Richtung in den Bereich der Physik zeigt, der außerhalb der Grenzen des Standardmodells liegt.

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