Wie ist das Universum entstanden?

Cern-Forschern gelingt Rekordmessung

5. Januar 2022, 17:00 Uhr | dpa
CERN, CMS-Detektor
Im 27km langen Teilchenbeschleuniger des Cern nahe dem Genfer See suchen Forscher Unterschiede zwischen Materie und Anit-Materie, um den Urknall und damit die Entstehung des Universums zu entschlüsseln.
© CERN

Auf der Suche nach dem Ursprung der Existenz ist Physikern der europäischen Organisation für Kernforschung (Cern) in Genf eine Rekordmessung gelungen. Unklar bleibt allerdings, warum Materie und Antimaterie sich beim Urknall nicht gegenseitig ausgelöscht haben.

»Wir haben keinen Unterschied zwischen Protonen und Antiprotonen gefunden, der die Existenz von Materie im Universum erklären könnte«, sagte Stefan Ulmer, Gründer des Baryon-Antibaryon-Symmetrie-Experiments (BASE) am Cern. Bei der Messung verglichen die Physiker die Massen von Protonen und Antiprotonen auf 11 Stellen nach dem Komma. Nicht auszuschließen sei, dass Unterschiede auf noch mikroskopischerem und noch nicht messbarem Level bestehen, sagte Ulmer. Die Physiker veröffentlichten ihre Ergebnisse am Mittwoch in der Fachzeitschrift «Nature».

Antimaterie bezeichnet die Antiteilchen, die zu jedem Baustein der Welt, den Elementarteilchen, bestehen. Sie haben die entgegengesetzte elektrische Ladung. Beim Aufeinandertreffen von Teilchen und Antiteilchen vernichtet sich das Paar gegenseitig.

Das Rätsel von Materie und Anti-Materie

Laut Ulmer geht es »im Kern um die Frage nach dem Ursprung unserer Existenz«. »Wenn wir die Urknalltheorie und das Standardmodell der Teilchenphysik vereinigen, gibt es eigentlich keinen Grund, warum das Universum entstehen sollte.« Denn Materie und Antimaterie müssten sich gegenseitig auslöschen. Verbildlicht: Wenn ein Proton und ein Antiproton in einer Box geschüttelt würden, bliebe nichts übrig. »Das müsste auch beim Urknall passiert sein - ist es aber nicht, denn wir existieren ja«, sagt Ulmer. Die Frage 'Warum existieren wir?' läßt sich laut Ulmer mit der modernen Physik noch nicht beantworten.

Eine der Theorien ist, dass eine Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie besteht. Wenn Protonen schwerer wären als Antiprotonen, würden - simpel ausgedrückt - bei einem Zusammenstoß einige Protonen übrig bleiben. Das Experiment am Cern hat mit bislang unerreichter Präzision aber keinen Unterschied zu Tage gefördert. »Wir haben mit hoher Messpräzision ausgeschlossen, dass der Unterschied zwischen Materie und Antimaterie auf einer Differenz der Masse beruht«, so Ulmer.

Elektromagnetischer Container misst Schwingungen

Gemessen wurden einzelne Teilchen in einer rund 25 Zentimeter langen Penning-Falle, einem elektromagnetischen Container. Dort konnten die Physiker die Schwingungen von Proton und Antiproton aufzeichnen und vergleichen.

Als nächstes wollen sie eine andere Theorie zum Unterschied zwischen Materie und Antimaterie erneut testen: ob sich statt der Masse vielleicht das magnetische Moment unterscheidet. Mit verbesserter Präzision soll das Schwingen der Teilchen um die eigene Achse gemessen werden. »Wir können jetzt mit einer mindestens zehn Mal höheren Genauigkeit messen als bislang«, sagt Ulmer.

Die Physiker haben nach Angaben von Ulmer auch erstmals ein Experiment geschaffen, das mit höchster Präzision untersuchen kann, ob Antimaterie durch Gravitation gleich schnell nach unten fällt wie Materie. Das vorläufige Ergebnis: Antimaterie reagiert gleich wie Materie. Auch hier können eines Tages noch präzisere Messungen zu anderen Ergebnissen führen, sagte Ulmer.

Vorerst bleibt der Ursprung der Welt und des Raums in dem wir leben ungelöst.


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