Forschung zeigt, dass das Genie Albert Einstein mit seiner Antimaterie richtig lag

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Doch Wissenschaftler machen wichtige Fortschritte beim besseren Verständnis von Antimaterie. Forscher gaben am Mittwoch (27. September) bekannt, dass sie erstmals gezeigt haben, dass Antimaterie auf die Schwerkraft genauso reagiert wie Materie: mit Fallen. Der Erfolg des Experiments stärkt erneut Albert Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie.

Untersuchungen zeigen, dass Albert Einstein die physikalischen Eigenschaften von Abbildung 1 verwendet hat. — Eine Simulation von Antiwasserstoffatomen, die in das ALPHA-g-Instrument am Europäischen Zentrum für Kernforschung (CERN) in Genf, Schweiz, fallen. Foto: US National Science Foundation

Wie wir wissen, besteht alles, was wir sehen – Planeten, Sterne, Pudel und Lutscher – aus normaler Materie. Antimaterie hingegen ist der mysteriöse Zwilling der normalen Materie: Sie hat die gleiche Masse, aber eine entgegengesetzte elektrische Ladung.

Fast alle subatomaren Teilchen, wie Elektronen und Protonen, haben Antimaterie-Gegenstücke. Während Elektronen eine negative Ladung haben, sind Antielektronen, auch Positronen genannt, positiv geladen. Ebenso sind Protonen positiv geladen, Antiprotonen hingegen negativ.

Dieser Theorie zufolge hätte der Urknall, aus dem das Universum entstand, gleiche Mengen an Materie und Antimaterie erzeugen müssen. Es scheint jedoch nur sehr wenig Antimaterie zu geben – und auf der Erde fast gar keine. Darüber hinaus sind Materie und Antimaterie inkompatibel. Kommen sie in Kontakt, explodieren sie.

Das Experiment wurde am Europäischen Zentrum für Kernforschung (CERN) in der Schweiz von Forschern der Antihydrogen Laser Physics Facility (ALPHA)-Kollaboration durchgeführt. Es beinhaltete das Antimaterie-Gegenstück von Wasserstoff, dem leichtesten Element.

„Auf der Erde entsteht der Großteil der natürlich vorkommenden Antimaterie durch kosmische Strahlung – energiereiche Teilchen aus dem Weltraum –, die mit Atomen in der Luft kollidieren und Materie-Antimaterie-Paare bilden“, sagte der Physiker Jonathan Wurtele von der University of California, Co-Autor der in der Zeitschrift Nature veröffentlichten Studie.

Diese neu erzeugte Antimaterie existiert nur, bis sie in der unteren Atmosphäre auf ein Atom normaler Materie trifft. Antimaterie kann jedoch unter kontrollierten Bedingungen synthetisiert werden, wie im ALPHA-Experiment.

Der Antiwasserstoff befand sich in einer zylindrischen Vakuumkammer und wurde durch ein Magnetfeld an Ort und Stelle gehalten. Die Forscher drosselten das Magnetfeld, um die Antimaterie freizusetzen und zu sehen, ob sie der Schwerkraft entgleitet. Unter denselben Bedingungen verhielt sie sich genau wie Wasserstoff.

„Dieses Ergebnis wurde durch die Theorie und indirekte Experimente vorhergesagt … Aber keine Gruppe hatte jemals ein direktes Experiment durchgeführt, bei dem Antimaterie fallen gelassen wurde, um zu sehen, in welche Richtung sie fallen würde“, sagte der Physiker der UC Berkeley und Co-Autor der Studie, Joel Fajans.

Als Einstein seine Allgemeine Relativitätstheorie entwickelte – eine umfassende Erklärung der Gravitation – behandelte er alle Materie als gleichwertig. Das bedeutete, dass Antimaterie genauso reagierte wie Materie. Antimaterie wurde erst 1932 offiziell entdeckt.

„Ich denke, dies ist ein Beweis für die Leistungsfähigkeit der allgemeinen Relativitätstheorie und ihrer entsprechenden Prinzipien“, sagte der Physiker und Co-Autor der Studie William Bertsche von der Universität Manchester in Großbritannien, der die Experimente am CERN durchführte.

Durch den Nachweis, dass Antimaterie und Materie durch die Schwerkraft angezogen werden, schloss das Experiment eine mögliche Erklärung für den früheren Mangel an Antimaterie aus: dass sie auf die andere Seite des Urknalls abgestoßen wurde.

Schließlich kommt der Physiker Fajans zu der Bemerkung: „Egal wie gut die Theorie ist, die Physik ist immer noch eine experimentelle Wissenschaft.“

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