Geheimnisse der Materie-Antimaterie durch ultraschnelles Kühlen von Antiprotonen entschlüsseln

BerlinPhysiker rätseln seit langem darüber, warum es im Universum weit mehr Materie als Antimaterie gibt. Ein jüngster Durchbruch des BASE-Forschungsteams am CERN unter der Leitung von Dr. Stefan Ulmer von der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf eröffnet neue Möglichkeiten. Die Wissenschaftler haben eine Methode entwickelt, um Antiprotonen schneller zu kühlen, wodurch äußerst präzise Messungen ihrer Masse und magnetischen Eigenschaften möglich werden.

Zusammengefasst bedeutet das:

• Die neue Methode kühlt Antiprotonen in nur acht Minuten auf 200 mK, anstatt in 15 Stunden.
• Dies gelingt durch den Einsatz eines doppelten Penning-Fallen-Systems.
• Mit dieser Technologie kann das Team nun 1.000 Messzyklen in etwa einem Monat abschließen.
• Frühere Methoden hätten dafür fast zehn Jahre benötigt.

Nach dem Urknall sollte das Universum gleiche Mengen an Materie und Antimaterie enthalten haben. Bei Kontakt vernichten sich diese und verwandeln sich in Energie. Heute sehen wir aber hauptsächlich Materie im Universum, was ein großes Rätsel in der Teilchenphysik darstellt. Dies könnte durch kleine Unterschiede oder eine neue Physik, die das Standardmodell nicht abdeckt, erklärt werden.

Dr. Ulmers Team untersucht Spin-Flip-Übergänge in ultrakalten Antiprotonen. Diese Messungen sind entscheidend, um das magnetische Moment von Antiprotonen zu bestimmen. Indem sie diese Ergebnisse mit denen von Protonen vergleichen, hoffen die Forscher, kleine Unterschiede zu entdecken. Diese Unterschiede könnten dazu beitragen zu erklären, warum das Universum Materie enthält.

BASEs neue Falle verkürzt die Kühlzeit erheblich und verbessert dadurch die Genauigkeit der Messungen des magnetischen Moments. Diese Fallen eliminieren wärmere Partikel und lassen nur die kältesten übrig. Der schnellere Kühlprozess ermöglicht präzisere Messungen, wie Dr. Barbara Maria Latacz erklärt.

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Das BASE-Team am CERN hat eine neue Methode entwickelt, die Antiprotonen schneller kühlt als bisher. Diese Methode ermöglicht auch eine über 1.000-fach genauere Bestimmung von Teilchenspins. Als nächstes planen sie, diese Genauigkeit auf ein Teil in zehn Milliarden zu steigern.

Das Team hat spannende Pläne für die Zukunft. Sie möchten ein mobiles Gerät entwickeln, um Antiprotonen einzufangen. Mit diesem Gerät sollen Antiprotonen von CERN in ein neues Labor an der HHU transportiert werden. Dadurch könnten Messungen zehnmal genauer werden.

Diese Forschung befasst sich mit Fangtechnologien. Penningfallen nutzen konstante Magnetfelder und elektro-statische Felder, um geladene Teilchen zu halten. Paul-Fallen hingegen verwenden wechselnde elektrische Felder. Beide Typen wurden mit Nobelpreisen ausgezeichnet.

Die BASE-Kollaboration arbeitet daran, die Messgenauigkeit von fundamentalen Teilchen zu verbessern. Dieses Projekt könnte helfen, das Rätsel zu lösen, warum es mehr Materie als Antimaterie im Universum gibt. Ihre Ergebnisse, veröffentlicht in der Physical Review Letters, stellen einen bedeutenden Fortschritt in der Teilchenphysik dar.