Das ASACUSA-Experiment am CERN hat es erstmals geschafft, einen Strahl aus Antiwasserstoffatomen zu produzieren. In einer Abhandlung, die am 21. Januar im Journal Nature Communications veröffentlicht wurde, berichtet die ASACUSA-Collaboration über den zweifellosen Nachweis von 80 Antiwasserstoffatomen. Sie befanden sich 2,7 Meter von ihrem Erzeugungsort entfernt, wo der störende Einfluss der Magnetfelder gering ist, die anfangs zur Erzeugung der Antiatome verwendet wurden. Dieses Ergebnis ist ein entscheidender Schritt in Richtung präziser, hyperfeiner Spektroskopie von Antiwasserstoffatomen.
Primordiale Antimaterie wurde im Universum bislang nicht beobachtet und ihre Abwesenheit bleibt ein bedeutendes wissenschaftliches Rätsel. Trotzdem ist es möglich, signifikante Mengen von Antiwasserstoff in Experimenten am CERN zu produzieren, indem Antielektronen (Positronen) und energiearme Antiprotonen zusammengebracht werden, welche von dem Antiproton Decelerator erzeugt wurden.
Die Spektren von Wasserstoff und Antiwasserstoff sollten identisch sein, deswegen würde jeder winzige Unterschied zwischen ihnen umgehend ein Fenster zu neuer Physik öffnen und es könnte bei der Lösung des Antimaterie-Rätsels helfen. Mit einem einzigen Proton, das von nur einem Elektron umkreist wird, ist Wasserstoff das einfachste existierende Atom und eines der am besten erforschten und verstandenen Systeme in der modernen Physik. Aus diesem Grund sind Vergleiche zwischen Wasserstoff- und Antiwasserstoffatomen eine der besten Möglichkeiten, um hochgradig präzise Überprüfungen der Materie-Antimaterie-Symmetrie durchzuführen.
Materie und Antimaterie löschen sich auf der Stelle aus, wenn sie aufeinander treffen. Neben der Erzeugung von Antiwasserstoff ist es also eine der wichtigsten Herausforderungen für Physiker, die Antiatome von gewöhnlicher Materie fernzuhalten. Um das zu tun, machen sich die Experimente die magnetischen Eigenschaften von Antiwasserstoff zunutze (die mit jenen von Wasserstoff vergleichbar sind) und verwenden sehr starke, nicht gleichförmige Magnetfelder, um Antiatome lange genug einzufangen, um sie zu untersuchen. Die starken Magnetfeldgradienten beeinträchtigen jedoch die spektroskopischen Eigenschaften der (Anti-)Atome. Um saubere, hochauflösende Spektroskopie zu ermöglichen, entwickelte die ASACUSA-Collaboration einen innovativen Aufbau, mit dem Antiwasserstoffatome in eine Region transferiert werden, wo sie im Flug untersucht werden können, weit entfernt von dem starken Magnetfeld.
„Antiwasserstoffatome haben keine Ladung – es war eine große Herausforderung, sie aus ihrer Falle herauszutransportieren. Unsere Ergebnisse sind vielversprechend für hochpräzise Untersuchungen von Antiwasserstoffatomen, insbesondere der Hyperfeinstruktur – eine der zwei am besten bekannten spektroskopischen Eigenschaften von Wasserstoff. Ihre Messung in Antiwasserstoff wird den empfindlichsten Test der Materie-Antimaterie-Symmetrie erlauben. Wir freuen uns auf den Neustart im kommenden Sommer mit einem weiter verbesserten Aufbau“, sagte Yasunori Yamazaki vom Physikalisch-chemischen Institut (RIKEN) in Japan, ein Teamleiter der ASACUSA-Collaboration. Der nächste Schritt für das ASACUSA-Experiment wird sein, die Intensität und kinetische Energie der Antiwasserstoffstrahlen zu optimieren und ihre Quantenzustände besser zu verstehen.
Die Fortschritte mit Antimaterie-Experimenten am CERN haben sich in den vergangenen Jahren forciert. Im Jahr 2011 gab das ALPHA-Experiment das Einfangen von Antiwasserstoffatomen über einen Zeitraum von 1.000 Sekunden bekannt und berichtete 2012 die Beobachtung von hyperfeinen Übergängen in gefangenen Antiatomen. Im Jahr 2013 vermeldete das ATRAP-Experiment die erste direkte Messung des magnetischen Moments des Antiprotons mit einer Genauigkeit von 0,0000044.
Abhandlung: „A source of antihydrogen for in-flight hyperfine spectroscopy“ – Nature Communications
Quelle: http://home.web.cern.ch/about/updates/2014/01/antimatter-experiment-produces-first-beam-antihydrogen
(THK)
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