02/26/2015 08:41

Dan Brown ist jetzt gefordert

Category: Wissen

In einer Penning-Falle kann man Antimaterie einfangen und über längere Zeit speichern. Rechts zum Größenvergleich ein Feuerzeug.

Erinnern Sie sich an den Roman/ Film „Illuminati“ von Dan Brown? Gut gemachte Fiktion, aber mit einem wahren Kern: Seit über 30 Jahren bemüht sich das Kernforschungszentrum CERN tatsächlich darum, größere Mengen Antimaterie herzustellen und nach Möglichkeit für längere Zeit aufzubewahren. Zuletzt wurden insgesamt 309 Anti-Wasserstoffatome nicht nur erzeugt, sondern über 16 Minuten vor dem Zerfall bewahrt. Das war 5000 Mal länger als je zuvor. Die Schwierigkeit besteht darin, dass die Antiteilchen um keinen Preis mit normaler Materie in Kontakt kommen dürfen, wie sie z. B. in unserer Atmosphäre überall vorhanden ist, weil sich Materie und Antimaterie sofort gegenseitig annihilieren. Klar ist es also, dass man dafür Hochvakuumbehälter braucht. Nur – diese Behälter haben materielle Wände, gegen die die Antimaterie auch nicht stoßen darf.

Der geeignete Tresor für Antimaterie ist eine sogenannte Penning-Falle, benannt nach dem niederländischen Physiker Frans Michel Penning. Der hat zwar „seine“ Falle nie gebaut, sondern nur etwa fünfzig Jahre zuvor die entscheidende Idee dazu geliefert. Eine Penning-Falle ist eine Vakuumröhre, in der ein statisches Magnetfeld angelegt wird, überlagert von einem elektrischen Quadrupol- Feld. Mit dieser Kraftfeld-Kombination kann man eine ganze Reihe von Elementarteilchen sozusagen an Ort und Stelle „einfrieren“ – nicht nur Antimaterie.

Allerdings funktioniert dieses Verfahren natürlich „nur für geladene Gäste“. Ein elektrisch neutrales Teilchen macht sich aus einem elektromagnetischen Kraftfeld überhaupt nichts und lässt sich daher auf diese Weise auch nicht einsperren. Daher war es bislang unmöglich, die wohl geheimnisvollsten Materiebestandteile zu untersuchen, die wir kennen – Teilchen, die ihr eigenes Antiteilchen sind.

Bereits vor etwa 75 Jahren hat der italienische Physiker Ettore Majorana in der Theorie die Existenz solcher Teilchen vorhergesagt. Viele Mitglieder unseres bekannten Teilchenzoos wurden auf diese Weise erst prognostiziert und dann erst später entdeckt.

Aufgrund der technischen Probleme wurden die Majorana-Fermionen, wie man sie auch nennt, allerdings erst jetzt nachgewiesen, und noch dazu durch einen Zufall. Ein Forscherteam von der Princeton- Universität entdeckte sie an der Grenzfläche von Supraleitern, als man Eisenatome auf der Oberfläche eines supraleitenden Bleikörpers anlagerte. Falls weitere Tests diese Entdeckung verifizieren sollten, könnte das eine Tür zu vollkommen neuen Bereichen der Physik öffnen, in denen solch surrealistisch anmutende Materie (Teilchen, die sich selbst vernichten) untersucht werden könnte. Obwohl sie sich nämlich eigentlich vernichten sollten, existieren sie, und niemand weiß warum. Nur eine Frage ist bislang ungeklärt: Wo findet man sie, und wie bewahrt man sie lange genug auf, um sie studieren zu können. Ob dazu tatsächlich Supraleiter geeignet sind, wird sich zeigen. Oder die Forscher müssen auf den nächsten Dan-Brown-Roman warten.

Quellen: Nadj-Perge, Drozdov u. a. : Observation of Majorana fermions in ferromagnetic atomic chains on a superconductor. Science Vol. 346 no. 6209 pp. 602-607, 31. 10. 2014.

Neutralinos – Selbstmörder aus dem Kosmos. Matrix3000 Band 84, November/Dezember 2014.

Quelle: Matrix3000 Band 86