Physiker vom Stefan-Meyer-Institut für subatomare Physik (SMI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) haben die bisher genaueste Messung des magnetischen Moments des Antiprotons durchgeführt. Die Messungen fanden am Antiproton Decelerator des europäischen Kernforschungszentrums CERN (Genf, Schweiz), dem derzeit weltweit einzigen Forschungslabor für Niederenergie-Antiprotonenexperimente statt. Die Ergebnisse wurden soeben im renommierten Fachjournal "Physics Letters B" publiziert.

Asymmetrien zwischen Antimaterie und Materie

Eine der grundlegenden Annahmen der Teilchenphysik besagt, dass jedes Teilchen ein entsprechendes Antiteilchen, mit gleicher Masse aber entgegengesetztem Ladungsvorzeichen, besitzt. Sobald ein Teilchen und sein Antiteilchen aufeinander treffen, zerstrahlen diese. Sollte das Universum zu gleichen Teilen aus Materie und Antimaterie bestehen, so müssten diese einander gegenseitig vernichten oder in räumlicher Trennung existieren. Da das bekannte Universum ausschließlich aus Materie besteht und keine Antimateriegalaxien beobachtet werden können, liegt die Vermutung nahe, dass gewisse Asymmetrien zwischen Materie und Antimaterie existieren.

Diese Symmetrien können experimentell unter Anderem durch den Vergleich der magnetischen Momente, von Protonen und Antiprotonen überprüft werden. Die magnetischen Momente sind ein Maß für die Stärke einer magnetischen Quelle. "Ein Weg diesen Vergleich anzustellen, ist die Messung dieser Eigenschaften an so genannten exotischen Atomen, die durch das Einfangen eines Antiteilchens in der Hülle des Atoms entstehen", sagt Thomas Pask vom SMI, der Hauptautor der Studie.

Antiprotonisches Helium

Beim Beschuss von Heliumgas mit Antiprotonen wird antiprotonisches Helium erzeugt - Heliumatome, die jeweils ein Antiproton in ihrer Hülle einfangen. Ein geringer Prozentsatz dieser exotischen Atome existiert einige Mikrosekunden lang, ehe das Antiproton mit dem Heliumkern zusammenstößt und zerstrahlt. In der Atomphysik ist das eine verhältnismäßig lange Zeitspanne, in der hochpräzise Messungen durchgeführt werden können.

Thomas Pask und seinen Kollegen vom SMI gelang es in Zusammenarbeit mit der internationalen ASACUSA (Antiproton Spectroscopy And Collisions Using Slow Antiprotons)-Kollaboration, unter Anwendung einer speziellen Technik, die Laser und Mikrowellen kombiniert, die inneren Energiezustände des antiprotonischen Heliumatoms mit hoher Präzision - zehn mal genauer als bisher - zu bestimmen. "Der Vergleich mit theoretischen Berechnungen zeigt, dass die magnetischen Momente von Antiproton und Proton auf eine Genauigkeit von 2,9 Promille übereinstimmen, was ebenfalls eine leichte Verbesserung gegenüber früheren Messungen bedeutet", so Pask.

Für die kommenden Jahre sind weitere Experimente in diesem Bereich geplant. Langfristig besteht die Absicht, eine Anlage der nächsten Generation zu entwickeln, an der diese und weitere Experimente mit wesentlich verbesserten Bedingungen, wie höherer Intensität der Antiprotonenstrahlen, durchgeführt werden können. Die Anlage FLAIR (Facility for Low-Energy Antiproton and Ion Research) soll als Teil der ebenfalls geplanten Forschungseinrichtung FAIR in Darmstadt, Deutschland, entstehen.

Kontakt:
Dr. Thomas Pask
Stefan-Meyer-Institut für subatomare Physik (SMI)
Österreichische Akademie der Wissenschaften (ÖAW)
Boltzmanngasse 3, 1090 Wien
thomas.pask@oeaw.ac.at