Das Duell zwischen Materie und Antimaterie am CERN beobachtet

Am Large Hadron Collider (LHC) des CERN in Genf, dem größten Teilchenbeschleuniger der Welt, konnte endlich das mysteriöse „Duell“ zwischen Materie und Antimaterie beobachtet werden, wobei die Materie sogar bei den so genannten Baryonen , den subatomaren Teilchen , die den größten Teil der beobachtbaren Materie im Universum ausmachen, die Oberhand behielt. Diese Asymmetrie wird tatsächlich vom Standardmodell , der Referenztheorie der modernen Physik, vorhergesagt und wurde bereits bei anderen subatomaren Teilchen beobachtet, aber nie zuvor bei Baryonen. Dieses wichtige Ergebnis, das dank des LHCb-Experiments , einem von vier derzeit am CERN in Betrieb befindlichen, erzielt wurde, wurde in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht und konnte unter breiter Beteiligung italienischer Forscher des Nationalen Instituts für Kernphysik (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) aus zahlreichen Zentren, von Frascati bis Florenz, von Mailand bis Cagliari, von Genua bis Bari, erzielt werden.

Der Theorie zufolge waren Materie und Antimaterie zum Zeitpunkt des Urknalls in exakt gleichen Mengen vorhanden , doch erstere überwog gegenüber letzterer , wie die Welt um uns herum zeigt: Ein Ungleichgewicht , das vermutlich auf ein unterschiedliches Verhalten zurückzuführen ist. „ Wir leben in einem Universum aus Materie “, erklärte Vincenzo Vagnoni vom INFN in Bologna, Leiter der internationalen LHCb-Kollaboration, gegenüber ANSA. „Wäre die Symmetrie perfekt gewesen, hätten sich Materie und Antimaterie gegenseitig vernichten müssen, sodass nur Strahlung übrig geblieben wäre“, bemerkt er, „und das Universum, wie wir es kennen, hätte sich nie gebildet.“

Der Unterschied ist so gering, dass sich unmittelbar nach dem Urknall fast alle Materie- und Antimaterieteilchen gegenseitig vernichteten , wie die sogenannte kosmische Hintergrundstrahlung zeigt, also das Licht, das bei diesen ersten Vernichtungen entstand. Allerdings überlebten nur sehr wenige Materieteilchen , und der Grund dafür ist noch immer unbekannt .

„Das Problem ist, dass der vom Standardmodell vorhergesagte Unterschied nicht groß genug ist, um zu erklären, was in den frühen Momenten des Universums geschah“, betont Vagnoni. „Das bedeutet, dass es jenseits des Standardmodells etwas gibt – neue Teilchen und neue Wechselwirkungen, die wir noch nicht beobachtet haben: Es muss Phänomene geben, von denen wir noch nichts wissen und die durch eine größere Materie-Antimaterie-Asymmetrie gekennzeichnet sind. Unsere bisherigen Messungen“, so der INFN-Forscher weiter, „könnten Anzeichen neuer Physik verbergen, die uns helfen könnten, diese Asymmetrie zu erklären, aber wir können es noch nicht sagen.“

Die erste Beobachtung der Asymmetrie geht auf das Jahr 1964 zurück, doch bei Baryonen war die Aufgabe viel schwieriger, zum einen, weil der Unterschied bei diesen Teilchen sehr gering ist, und zum anderen, weil man Instrumente brauchte, die leistungsstark genug waren, um sie in ausreichender Menge zu produzieren und die Ergebnisse zu analysieren.

„Es waren viele Baryonen nötig“, so Vagnoni, „und wir brauchten außerdem einen Detektor, in diesem Fall LHCb, der leistungsstark genug war, um die Tausenden von Ereignissen zu erfassen, die zur Beobachtung dieser kleinen Asymmetrie erforderlich sind. LHCb hat bisher nur ein Dreißigstel der Gesamtzahl der Ereignisse erfasst, die er am Ende seiner Lebensdauer erfassen wird“, fährt der Forscher fort. „Wir stehen also noch am Anfang, wenn auch nicht zeitlich: Letztes Jahr haben wir mehr Daten gesammelt als in den gesamten 15 Jahren zuvor zusammen. Es gibt also noch viel zu verstehen , und wir hoffen , dass die Energie des LHC ausreicht, um die bekannten Abweichungen vom Standardmodell zu identifizieren .“