Schwerster Antimaterie-Atomkern mit Teilchenbeschleuniger entdeckt

Forscher der STAR Collaboration haben den bisher schwersten Antimaterie-Atomkern entdeckt. Das Teilchen Antihyperhydrogen-4 wurde erstmals mithilfe des Teilchenbeschleunigers Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) produziert. 

Um Antimaterie zu produzieren, simulieren Forscher im RHIC die Zustände des frühen Universums. Dafür werden Schwerionen beinahe auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. Die so erzeugten hohen Temperaturen brechen die Verbindungen der Protonen und Neutronen. So entsteht eine Art Teilchensuppe, die neue Partikel hervorbringt.

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Allerdings werden viele dieser Partikel sofort wieder zerstört, wenn Materie und Antimaterie aufeinandertreffen. Nur einige wenige Partikel entkommen der Teilchensuppe und können von den Forschern gemessen werden. 

Schwierige Suche nach Antimaterie-Teilchen

Seit die Existenz von Antimaterie 1928 beschrieben wurde, konnten nur 6 Typen von Antimaterie-Atomkernen gefunden werden. Zufall spielt dabei eine große Rolle, wie sich am Beispiel von Antihyperdrogen-4 zeigt.

Damit das Teilchen überhaupt entstehen kann, müssen die 4 Komponenten – ein Antiproton, 2 Antineutronen und ein Antilambda – aus der Teilchensuppe ausbrechen, sich räumlich nahe sein und in die gleiche Richtung fliegen. Nur dann können sie eine temporäre Verbindung eingehen. 

Diese hält nur sehr kurz. Das Antihyperhydrogen-4 zerfällt schnell. Die Forscher analysieren dann die Zerfallsprodukte. Sie verfolgen zurück, wo diese entstanden sein müssen. 

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Die Suche war eine große Herausforderung, da sie über 6 Milliarden Kollisionen analysieren mussten. Nur jene, bei denen die Zerfallsprodukte des Antihyperhydrogen-4 am gleichen Ort entstanden sind, waren ein Hinweis auf das neue Teilchen. Schließlich wurden 16 passende Signale identifiziert.

Symmetrie zwischen Materie und Antimaterie bestätigt

Die Messungen zeigten auch, dass das Antimaterie-Teilchen wie erwartet die gleiche Lebensdauer hat, wie sein Materie-Gegenstück Hyperhydrogen-4. Das ist kein überraschendes Ergebnis, bestärkt aber die Annahme, dass zwischen den Teilchen eine Symmetrie besteht. Die Studie unter der Leitung des Institut of Modern Physics der Chinese Academy of Science wurde im Fachmagazin Nature veröffentlicht.

Ziel dieser Forschung ist es, mehr über die Entstehung des Universums zu erfahren. Denn obwohl man davon ausgeht, dass Materie und Antimaterie zu gleichen Teilen vorhanden waren, überwiegt jetzt die Materie. Um dieser Asymmetrie auf den Grund zu gehen, suchen die Forscher nach neuen Antimaterie-Teilchen. Sie hoffen so Hinweise zu finden, wieso die sichtbare Materie so weit verbreitet ist.