Nicht nur den LHC gibt es am CERN, neben kleineren Beschleunigern betreibt man dort auch Forschung an einem Entschleuniger! Das Ziel: So kalte (langsame) Antiprotonen erzeugen, sodass man zusammen mit Positronen Anti-Wasserstoff erzeugen kann. Und zwar nicht nur kurz, sondern so dass man ihn in bestimmten Fallen speichern kann. Ihr wisst schon, diese Röhrchen mit der schlechten Batterielebensdauer.

In der Physics Today vom März berichtet Gerald Gabriele (PDF) von der ATRAP-Kollaboration über die aktuellen Ziele der Anti-Wasserstoff-Forschung. Neben ATRAP existiert am CERN das ALPHA-Experiment, und im Aufbau befinden sich ASACUSA und AEGIS.

Der Anti-Wasserstoff ist so untersuchenswert, weil wir wissen wollen ob sich Antimaterie wie unsere “alltägliche” Materie verhält. Denn irgendetwas muss unterschiedlich sein, vielleicht nicht bei unseren Energien aber im frühen Universum, als sich eben gerade nicht alle Materie gleich wieder mit Antimaterie ausgelöscht hat. Die interessanten Studien müssen sich die grundlegenden Symmetrien C (Ladungstausch), P (Parität, Raumspiegelung) und T (Zeitumkehr) ansehen. Diese sind in allen Wechselwirkungen außer der Schwachen erhalten. Mutmaßlich sollte CPT, also die Umkehr von Ladung, Raumrichtung und Zeit auf einmal, auch wieder erhalten sein. Aber diese Annahme muss gründlich studiert werden, auch im Hinblick darauf, dass die Gravitation noch nicht mit den anderen Kräften vereint ist.

Anti-Beschleunigte Anti-Protonen

Um Anti-Wasserstoff zu erzeugen, muss man zuerst Anti-Protonen in der Falle einsperren und dann Positronen dazuschießen. Mit Glück bildet sich Anti-Wasserstoff, und den sollen zukünftige Experimente in Fallen speichern können; oder sogar in elektrostatischen Speicherringe (PDF).

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Im Bild sieht man den ATRAP-Aufbau. Zunächst werden einige Millionen Antiprotonen aus dem AD-Speicherring in die Penning-Falle, eine starke Magnetfalle, gespeichert. Aus einer Quelle gibt man dann Positronen hinzu. Eine speziell entwickelte mehrstufige Falle bremst die Positronen so ab, dass sie eingefangen werden könnem. Es fehlt aber noch etwas dazu, die Anti-Wasserstoff-Atome auch wirklich einzufangen, bevor sie zerfallen. Dazu dürfen sie nur 0,5 K Energie haben. Man schafft es bei ATRAP aber schon, mit Elektronen/Positron-Plasmas die Antiprotonen auf 1 K.
Im AD-Speicherring also beschleunigt man die Anti-Protonen nicht, sondern man muss sie gar so langsam wie möglich bekommen. Hier kreisen nicht nur die gegenteiligen Teilchen zu den Protonen des LHC, sie werden auch mit gegenteiligem Ziel kreisen gelassen! Der AD bremst die Anti-Protonen von 3,57 GeV auf 100 MeV. Ursprünglich stammen die Anti-Protonen von Proton Synchrotron. Und wenn alles gut geht, enden sie dann einmal als Anti-Wasserstoff in solch einer Penning-Ioffe-Falle:

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Der Anti-Apfel fällt nicht weit vom Stamm

Eine sehr interessante Mission hat AEGIS: Hier soll eine interferometrische Methode eingesetzt werden, um die Gravitationsbeschleunigung die auf den Anti-Wasserstoff wirkt zu untersuchen. Einfach gesagt will wissen wie er fällt – denn schließlich hat man ja auch nie überprüft dass Antimaterie sich gravitativ wie Materie verhält, auch wenn bislang nichts dagegen spricht.
AEGIS will zunächst eine pur klassische Messmethode einsetzen, um die erwartete vertikale Auslenkung von 20 µm zu messen: Das Moire-Deflektometer.

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Der Atomstrahl (bzw. Antiatomstrahl) wird durch Platten mit Spalten geschickt. Die Interferenzmuster werden auf einer dritten Platte genau aufgezeichnet, und die Verschiebungen in den Interferenzmustern lassen Rückschlüsse auf die Fallhöhe zu. Da die Antiatome in Bewegung bleiben können/sollen, braucht AEGIS keine Fallen. Mir ist nur noch nicht ganz klar, wie man Antimaterie durch so eine Platte schicken kann – die ist ja schließlich aus Materie.

Kommentare (5)

  1. #1 Alexander
    04/07/2010

    It’s ATRAP!

    Ich kann nicht glauben, dass ich der Erste mit dem Spruch bin…

  2. #2 Erminaz
    04/09/2010

    Wegen dem Antimateriestrahl auf Materieplatte: Das ist doch egal! Es ist doch nur wichtig, dass die Antimaterie nur bestimmte Wege frei hat. Ob sie jetzt beim Auftreffen auf die Platte noch zerstahlt oder nicht ist doch egal, es kommt doch auf die lücken an.

  3. #3 René
    11/27/2010

    Mal ne Frage:
    Wenn man ein Anti-Wasserstoff-Atom auf eine Eisenplatte (Ordnungszahl Fe 26) schießt, wird dann ein Eisen-Atom durch Zerstrahlung des Antiprotons und des Positrons in ein Mangan-Atom umgewandelt (Oz Mn 25)?
    (von irgendwelchen Isotopenbildungen mal abgesehen)

  4. #4 Ahmet Arif
    11/28/2010

    @Alexander Geil 😀

    @Erminaz gehen wir mal davon aus das plus und minus sich anzieht 😉
    warum sollte es dann materie und antimaterie nicht tun? das heißt die laufbahn würde veraendert waerden beim flug durch die lücken (physik 3. semester. seit nicht so streng mit mir)

  5. #5 Frank Wappler
    12/06/2010

    Jörg Rings schrieb:

    > Gerald Gabriele (PDF) von der ATRAP-Kollaboration

    Der Spokesman der ATRAP-Kollaboration heißt Gerald Gabrielse.

    > Mir ist nur noch nicht ganz klar, wie man Antimaterie durch so eine Platte schicken kann

    So weit ich verstehe, möchte man eher diejenigen Anti-Wasserstoffatome zählen und messen, die durch die Plattenspalte (bzw. Gitterspalte) gelangten …
    (Vgl. z.B.
    http://project-aegis.web.cern.ch/project-aegis/workshop_14.6.06/sinisa_coh.pdf
    S. 29 ff.)

    > Einfach gesagt will [man] wissen wie er [Anti-Wasserstoff] fällt

    Genau — nämlich: ob er “frei” fällt; oder falls nicht, dann wie.