Die
Teilchen des Standard-Modells -
Antiteilchen
und Antimaterie
Jeder, der schon einmal eine Science-Fiction-Serie gesehen hat, weiß, dass wir im Jahr 2398 die Antriebsaggregate unserer Raumschiffe mit Antimaterie
betreiben werden.
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Aber noch ist es ja nicht so weit; was ist also dran am Begriff Antimaterie? Oder fragen wir noch einfacher, wie stehts mit den Antiteilchen, aus denen
die Antimaterie aufgebaut sein soll?
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Grundsätzlich gilt:
Zu jedem elementaren Teilchen (Quarks, Leptonen und Austauschteilchen) gibt es ein Antiteilchen.
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Das
Antiteilchen hat die
gleiche Masse wie sein korrespondierendes Teilchen, aber bei allen anderen Ladungen (z.B. der elektrischen Ladung) besitzt
es das
entgegengesetzte Vorzeichen.
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Das
bekannteste Antiteilchen ist das
Positron, das Antiteilchen des Elektrons. Es hat die gleiche Masse, wie das Elektron, trägt aber eine positive Elementarladung. Rechts ist das Foto einer Positron-Spur
durch eine Nebelkammer abgebildet, das
1932 von Anderson aufgenommen wurde. Die Spur ist gekrümmt, da senkrecht zur Bildebene ein Magnetfeld herrschte. Das Positron flog von unten (nur wenig gekrümmte Bahn) durch eine 7 mm dicke Bleiplatte, wurde abgebremst und flog mit verminderter
Geschwindigkeit
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weiter (stärker gekrümmte Bahn). Ein Elektron mit derselben Energie hätte eine Bahn durchflogen, die aufgrund der negativen Ladung in die andere Richtung gekrümmt gewesen wäre.
Abgekürzt schreibt man für das Positron
e
+
. |
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Meistens hat man den Antiteilchen aber keine neuen Namen
gegeben, sondern setzt nur die Vorsilbe "
Anti- " davor, wie bei Antiquark,
Antiproton, Antineutrino etc..
Für ein Antiteilchen verwendet man den gleichen Buchstaben wie für sein
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korrespondierendes Teilchen, es wird lediglich ein Querstrich
darübergesetzt (Hinweis: aus technischen Gründen kann hier kein Querstrich über, sondern nur
durch
den Buchstaben gezogen werden, z.B. u und
u
für u-Quark und u-Antiquark).
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Genauso wie sich die Elementarteilchen zu Atomen und damit zu Materie zusammensetzen,
können auch Antiteilchen
Antiatome
und
Antimaterie bilden. Technisch ist dies aber nur sehr schwer zu realisieren, obwohl man heute sehr gut Positronen und Antiprotonen erzeugen kann. Das Problem ist ganz
einfach, denn Antiatome und "normale" Atome vernichten sich sofort
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(annihilieren) unter Abstrahlung von Energie. 1996 ist es Teilchenphysikern zum ersten
Mal am CERN (LEAR) gelungen
Antiwasserstoff (gebundener Zustand aus Positron und Antiproton) zu erzeugen. Der Antiwasserstoff annihilierte aber innerhalb kürzester Zeit beim Kontakt mit anderer Materie. Wäre er völlig
isoliert, würde er unendlich lange "leben".
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Für uns scheint es so, als gäbe es in der reellen Welt keine Antimaterie. Diese Unsymmetrie - es gibt offensichtlich (?) mehr Materie als Antimaterie - zwischen diesen beiden Teilchenklassen ist ein Rätsel, das noch nicht sicher gelöst ist. Nach unseren Konventionen ist auch eine Welt
aus Antimaterie denkbar.
Vermutungen gehen
dahin, dass nach
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nach dem Urknall, zu dem Materie und Antimaterie in gleicher Menge
vorhanden waren (so wird vermutet!), nur etwa der Bruchteil 10
-8,
also 10 "Milliardstel" der
Annihilation entgangen sind. Darüber, dass ausgerechnet dieser kleine Rest übrig
blieb, gibt es einige geistreiche Theorien.
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