Wenn die Physiker mit ihren Theorien nicht vollkommen daneben liegen, dann muss es kurz nach dem Urknall im Universum genauso viel Materie wie Antimaterie gegeben haben. Doch das heutige Universum besteht so gut wie ausschließlich aus Materie. Physiker untersuchen in Experimenten in Teilchenbeschleunigern das Phänomen der Verletzung der CP-Symmetrie, wonach Materie und Antimaterie sich bei bestimmten Prozessen unterschiedlich verhalten. John Ellis vom Europäischen Kernforschungszentrum CERN gibt im Fachmagazin Nature (Bd. 424, S. 631) einen Überblick über den aktuellen Stand der Forschung.
Die Existenz von Antimaterie war im Jahr 1928 von Paul Dirac vorhergesagt worden. Er arbeitete damals an der Vereinigung der speziellen Relativitätstheorie mit der Quantenmechanik. Dabei fand er, dass es zu jeder physikalischen Teilchensorte entsprechende Antiteilchen geben muss. Diese haben die gleiche Masse wie das entsprechende Teilchen, aber gegenteilige Quantenzahlen – das sind die inneren Eigenschaften der Teilchen. Eine Quantenzahl ist beispielsweise die elektrische Ladung.
Eine herausragende Aussage von Diracs Theorie war, dass Teilchen und Antiteilchen sich gegenseitig vernichten, wenn sie zusammentreffen. Übrig bleibt nur reine Energie. Demnach dürfte es in unserem Universum aber überhaupt keine Materie mehr geben, wenn es zu Anfang genauso viel Materie wie Antimaterie gab.
Im Jahr 1967 schlug der russische Physiker und Friedensnobelpreisträger Andrei Sakharov einen Mechanismus vor, der ein Ungleichgewicht zwischen Materie und Antimaterie erklären sollte. Denn wenn es einen Prozess gibt, der einen Überschuss an Materie verursacht, dann würde bei der gegenseitigen Vernichtung von Materie und Antimaterie etwas Materie übrig bleiben – genau die Materie, aus der heute unser Universum besteht.
Sakharovs Vorschlag baute auf die einige Jahre zuvor experimentell entdeckte Verletzung der CP-Symmetrie auf. Diese besagt, dass physikalische Prozesse unverändert bleiben, wenn man alle Teilchen durch ihre Antiteilchen ersetzt (und umgekehrt) und gleichzeitig alle Vorgänge “spiegelt”, das heißt sie so ablaufen lässt, als ob man sie in einem Spiegel betrachten würde.
Dass diese CP-Symmetrie verletzt ist – also nicht in allen Fällen von den Teilchen beachtet wird – ist bis heute in vielen Experimenten gezeigt worden. Aufgrund der bisherigen Ergebnisse lässt sich aber noch nicht eindeutig sagen, ob die Standardtheorie der Teilchenphysik die Vorgänge richtig beschreibt oder ob diese Theorie erweitert werden muss.
Ein Kandidat für solch eine erweiterte Theorie ist die Supersymmetrie. Ihr zufolge gibt es zu jedem physikalischen Teilchen und Antiteilchen einen “Superpartner”. Diese Superpartner sind sehr viel schwerer als die gewöhnlichen Teilchen und konnten deshalb bisher in den Teilchenbeschleunigern noch nicht entdeckt werden. Wenn die Supersymmetrie richtig ist, meint Ellis, dann wird der “Large Hadron Collider” – ein Teilchenbeschleuniger, der voraussichtlich im Jahr 2007 am CERN seinen Betrieb aufnehmen wird – einige Superteilchen und neue CP-Verletzungen entdecken.
Eine Liste der wichtigsten Teilchenbeschleuniger finden Sie hier.
Axel Tillemans
