Von PAMELA hatten wir es schon mehrere Male, das ist der Satellit (“Payload for Antimatter Matter Exploration and Light-nuclei Astrophysics”) der das Verhältnis von Teilchen zu Antiteilchen misst. Also wieviele Elektronen und wieviele Positronen man dort draußen im All auffangen kann. Und wieviele Protonen/Antiprotonen. Die findet man vor allem in der kosmischen Strahlung, und kann dann Rückschlüsse auf die Quellen der Strahlung. Wie z.B. Dunkle Materie. Oder vielleicht auch doch nicht. Aber natürlich kann der Satellit auch Protonen einfangen die im Magnetfeld der Erde gefangen sind. Und konnte so auch nachweisen, dass es auch einen Gürtel an Antiprotonen um die Erde gibt!

ResearchBlogging.orgDie Erde ist von einem Magnetfeld umgeben, glücklicherweise, denn es schützt uns vor kosmischer Strahlung, vor allem vor Sonnenstürmen. In der inneren Region des Magnetfeldes, wenige hundert Kilometer über der Erdoberfläche, befinden sich die van Allen-Strahlungsgürtel, die sich um die Erde legen und elektrisch geladene Teilchene insperren können. Außen sind Elektronen gefangen, etwas weiter innen Protonen.

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Bildquelle: NASA

Die Teilchen stammen vor allem aus der Sonnenaktivität, können aber auch aus kosmischer Strahlung von außerhalb des Sonnensystems kommen. Sie müssen nur, zufällig, die richtige Richtung einschlagen, sodass sie in den Gürteln gefangen werden. Und da dort draußen wenig Betrieb ist, sitzen sie dann auch halbwegs ungestört in der Falle – was uns zu den Antiprotonen bringt.

Ja wo kommt ihr denn her?

Schließlich reagieren Protonen mit Antiprotonen in gegenseitiger Zerstörung – daher sind nur draußen im All und nur da wo Magnetfeld-Fallen sind die Chancen gegeben, Antimaterie gelagert zu finden. Dieser neue van Allen-Gürtel aus Antiprotonen wurde theoretisch vorhergesagt und konnte jetzt von der PAMELA-Kollaboration bestätigt werden (hier im arXiv).
Antiprotonen können direkt aus Paarbildung mit einem Protn entstehen. Um viele Größenordnungen häufiger ist allerdings der sogenannte CRANbarD-Prozess. Er geht aus dem CRAND (Cosmic Ray Albedo Neutron Decay)-Prozess hervor, bei dem Neutronen die in der oberen Atmosphäre aus Kollisionen mit kosmischen Strahlen entstanden sind, aus der Atmosphäre entkommen. Freie Neutronen aber zerfallen zu Protonen, die eingefangen werden können und dann ihrerseits wieder in Stoßprozessen Neutron-Antineutron-Paare erzeugen. Die Antineutronen wiederum zerfallen zu elektrisch negativ geladenen Antiprotonen, die bei passender Flugrichtung in einem Magnetgürtel gefangen werden.

Kosmischer Surfer

Wie konnte man diesen nun finden? Nun, PAMELA kreist dort draußen um die Erde und sieht sich vor allem nach Antiteilchen um. Auf dem Weg surft der Satellit aber auch manchmal ein Stück durch die vorhergesagte Position des Antimaterie-Gürtels – in der Southern Atlantic Anomaly (SAA), in der die Gürtel der Erde am nächsten sind. Und da schaute man eben einmal hin, ob man mehr Antiprotonen messen konnte:

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Die roten Kreise (mit dem roten Fehlerbalkenkreuz) geben die gemessenen Antiprotonen in der gesuchten Region an. Insgesamt hat man 28 Antiprotonen gefangen, vergleichsweise wenig aber immer noch deutlich mehr als nur aus der kosmischen Strahlung stammend (die schwarzen Quadrate) oder aus atmosphärischer Produktion (offene blaue Kreise). Außerdem sieht man noch zwei Linien, das sind zwei theoretische Vorhersagen für die Antiprotonen-Dichte. Man sieht, Selesnick et al. lagen deutlich näher dran, aber immer noch einen Faktor 10 daneben.
Aus diesen Messungen kann man ermitteln, dass dort draußen Milliarden Antiprotonen gelagert sind, sagte Francesco Cafagna dem “New Scientist”.
Da wird dann schon gerechnet, wie man damit Weltraummissionen antreiben könnte. Aber da würde ich jetzt mal die Science Fiction im Hut lassen…aber ein paar interessante Experimente lassen sich sicherlich damit anstellen.

Adriani, O., Barbarino, G., Bazilevskaya, G., Bellotti, R., Boezio, M., Bogomolov, E., Bongi, M., Bonvicini, V., Borisov, S., Bottai, S., Bruno, A., Cafagna, F., Campana, D., Carbone, R., Carlson, P., Casolino, M., Castellini, G., Consiglio, L., De Pascale, M., De Santis, C., De Simone, N., Di Felice, V., Galper, A., Gillard, W., Grishantseva, L., Jerse, G., Karelin, A., Kheymits, M., Koldashov, S., Krutkov, S., Kvashnin, A., Leonov, A., Malakhov, V., Marcelli, L., Mayorov, A., Menn, W., Mikhailov, V., Mocchiutti, E., Monaco, A., Mori, N., Nikonov, N., Osteria, G., Palma, F., Papini, P., Pearce, M., Picozza, P., Pizzolotto, C., Ricci, M., Ricciarini, S., Rossetto, L., Sarkar, R., Simon, M., Sparvoli, R., Spillantini, P., Stozhkov, Y., Vacchi, A., Vannuccini, E., Vasilyev, G., Voronov, S., Yurkin, Y., Wu, J., Zampa, G., Zampa, N., & Zverev, V. (2011). THE DISCOVERY OF GEOMAGNETICALLY TRAPPED COSMIC-RAY ANTIPROTONS The Astrophysical Journal, 737 (2) DOI: 10.1088/2041-8205/737/2/L29



Kommentare (13)

  1. #1 Frank Wappler
    08/10/2011

    Jörg Rings schrieb (10.08.11 · 20:30 Uhr):
    > […] Neutronen die in der oberen Atmosphäre aus Kollisionen mit kosmischen Strahlen entstanden sind, aus der Atmosphäre entkommen. Freie Neutronen aber zerfallen zu Protonen, die eingefangen werden können und dann ihrerseits wieder in Stoßprozessen Neutron-Antineutron-Paare erzeugen. […]

    Verglichen mit der Anzahl solcher Neutron-Antineutron-Paare, die wie beschrieben in Stoßprozessen eingefangener Protonen erzeugt wurden,
    wie groß (klein?) ist wohl die Anzahl von
    Anti-Neutronen, die in der oberen Atmosphäre aus Kollisionen mit kosmischen Strahlen entstanden sind und die ggf. zu Anti-Protonen, die eingefangen werden können zerfallen würden? …

  2. #2 rolak
    08/11/2011

    Auch wenn ich nicht nachvollziehen kann, wie der in der IBT gemachte Übergang von ‘billions of particles’, also insgesamt einigen 1E-15g hin zur Vorrechnung des Energiegehaltes von einem ganzen Gramm gerechtfertigt werden sollte: Magnetische Flaschen haben doch (wie normale ebenfalls) einen Maximal-Füllgrad. Falls es irgendwann einmal möglich sein sollte, die Antiprotonen in mitgebrachte Transportbehälter abzufüllen – gibt es aus der Theorie eine Vorstellung über die Nachfüllrate der AM-Gürtel? Jupiter böte sich ja zusätzlich als Erntegegend an…

    Oder bleibt Eigenarbeit auch langfristig produktiver und wirtschaftlicher?

  3. #3 Jörg
    08/12/2011

    wie groß (klein?) ist wohl die Anzahl von
    Anti-Neutronen, die in der oberen Atmosphäre aus Kollisionen mit kosmischen Strahlen entstanden sind und die ggf. zu Anti-Protonen, die eingefangen werden können zerfallen würden?

    Das Paper sagt dazu nur: Mehrere Größenordnungen kleiner und verweist auf (Fuki et al. 2005; Selesnick et al. 2007)

    Fuki, M., “Cosmic-ray antiproton spatial distributions computed in magnetosphere”, 2005, International Journal of Modern Physics A, 20, 6739–6741, doi: 10.1142/S0217751X05029976.

    Selesnick, R. S., Looper, M.D., Mewaldt, R. A., Labrador, A. W., “Geomagnetically trapped
    antiprotons”, 2007, Geophys. Res. Lett., 34, 20.

  4. #4 roel
    08/15/2011

    @Jörg Rings Wie lange ist die Lebensdauer der Antiprotonen im van Allen-Gürtel?

  5. #5 Jörg
    08/15/2011

    Ich kann es nicht genau sagen, die Lebensdauer hängt von der Stärke des Sonnensturms ab und ist im Selesnick 2007-Paper in EInheiten angegeben aus denen man nicht mal so eben Lebensdauern ableiten kann.

  6. #6 roel
    08/16/2011

    @Jörg Rings Danke für die Antwort. Ich habe einen Bericht gefunden: http://tecnoscience.squarespace.com/journal/2011/8/4/antimatter-ring-found-around-earth-2.html da wird die wahrscheinliche Lebensdauer zwischen Minuten und Stunden angegeben. “The antimatter, which may persist for minutes or hours before annihilating with normal matter.”

  7. #7 Jörg
    08/16/2011

    Ah, interessant, danke!

  8. #8 Jürgen
    05/21/2013

    Ich kann euch bei Interesse genau schildern, wo sich die Antimaterie befindet.

    Als Vorgeschmack:
    Die Behauptung, Neutronen und Protonen bestehen aus jeweils drei Quarks, ist falsch.

  9. #9 rolak
    05/21/2013

    Ja los, Jürgen, halte Deine grandiosen Erkenntnisse bloß nicht zurück – vielleicht hast Du ja schon mal was zum Verlinken…

    Bisher stimme ich Dir vorbehaltlos zu – war gerade einkaufen, ua vier Joghurts und vier Quarks. Und von den letzteren passen keinesfalls drei in ein Neutron rein. Nie und nimmer.

  10. #10 Jürgen
    05/22/2013

    Allgemein wird davon ausgegangen, dass ein Proton aus zwei Up-Quarks und einem Down-Quark besteht. Tatsächlich ist dieses Down-Quark ein Schein-Down-Quark, welches die gleiche elektrische Ladung wie das klassische Down-Quark aufweist und auf untergeordneten Ebenen die Gegenmaterie enthält.

    Ein Neutron soll aus einem Up-Quark und zwei Down-Quarks bestehen. Tatsächlich besitzt das Neutron ein Up-Quark und ein (klassisches) Down-Quark. Das zweite angebliche Down-Quark ist gleichfalls nur ein Schein-Down-Quark, welches die Gegenmaterie enthält.

    Die Bestandteile dieses Schein-Down-Quarks sind:
    2 Up-Antiquarks, 2 Antielektronen, 1 Elektron, 1 Elektron-Neutrino und 1 Elektron-Antineutrino. (Bei Interesse kann ich eine genauere Schilderung zusenden.)

    Dies bedeutet: Zu jedem Materieteilchen im Universum existiert ein dazugehöriges Antimaterieteilchen. Es hat somit nie ein Symmetriebruch stattgefunden (der den Überschuss an Materie erklärt). Es hat auch nie eine teilweise oder vollständige Paritätsverletzung gegeben. Dies sind lediglich Ausdrücke von Physikern, weil sie sich vieles nicht erklären können.

    Bekannt ist, dass ein Down-Quark aus einem Up-Quark, einem Elektron und einem Elektron-Antineutrino (plus Energie) besteht. Dies weiß man, weil sich beim Zerfall eines Neutrons ein Proton, ein Elektron und ein Elektron-Antineutrino ergeben – und nicht, weil die Physiker in das Down-Quark hineinschauen konnten.

    (u d ‘d’) = (u u ‘d’) + e + e-a-n + E

    Dieses Elektron-Antineutrino e-a-n stellt Antimaterie dar. Und niemand wundert sich, woher diese Antimaterie stammt.

    Das Neutron besteht (angeblich) aus zwei Down-Quarks. Und niemand wundert sich, warum nur eines der ‘beiden’ Down-Quarks in ein Up-Quark, in ein Elektron und in ein Elektron-Antineutrino zerfällt. Noch nie wurde beobachtet, dass beide (angeblichen) Down-Quarks zerfallen ! ! ! Warum wohl?

    Es wird immer behauptet, das ein Neutron ein Materieteilchen ist. Wenn das Neutron (nach rund 886 Sekunden) in seine Bestandteile zerfällt, wobei eines dieser Bestandteile ein Elektron-Antineutrino ist, dann kann ein Neutron gar keine (klassische) Materie darstellen.

    Die einzigen klassischen Materieteilchen sind das Up-Quark, das Elektron und das Elektron-Neutrino, weil sie die unterste Stufe darstellen. Die übrigen so genannten Materieteilchen haben bestenfalls eine Art ‘äußere Erscheinung’ als Materie.

    Bei Interesse kann ich den genauen Ablauf schildern. Außerdem lässt sich ganz einfach erklären, warum mit dem Urknall ein ‘Materieuniversum’ entstanden ist – was überhaupt nichts mit einem Symmetriebruch zu tun hat.

  11. #11 Bernd S.
    05/24/2013

    Ganz richtig. Irgendwo muss die Antimaterie sein. Klingt sehr vernünftig.

  12. #12 rolak
    05/24/2013

    Irgendwo muss die Antimaterie sein

    Aber Bernd, die ist doch bei der ganzen Radio-Bastelei und noch verschärft nachher bei den broadcast-Profis draufgegangen. Erst als kaum mehr AM übrig war, ist man zu FM gewechselt.

  13. #13 Jürgen
    05/26/2013

    Wie ich merke, wird auf dieser Plattform eigenständiges Denken untersagt. Wenn Bernd S. der Auffassung ist, dass die Antimaterie nicht verschwunden sein kann, hat er das Recht auf diese Meinung. Und weil bis zum heutigen Tag aus Strahlungsenergie ausnahmslos zu jedem Materieteilchen ein dazugehöriges Antimaterieteilchen entstanden ist, darf man durchaus verwundert sein, dass die Antimaterie verschwunden sein soll.

    Nur gedankenlos etwas nachplappern, was uns ein Wissenschaftler aus dem vorigen Jahrtausend vorgekaut hat, ist zu wenig. Einfach die banale Erklärung aufzustellen, es hätte sich nach dem Urknall ein Gemetzel zwischen Materie und Antimaterie zugetragen, wobei nach dieser Annihilierung ein kleiner Überschuss an Materie übrig geblieben sei, ist absurd.

    Wie soll dieser Überschuss an Materie zustande gekommen sein? Da ich eben erläutert habe, dass nachweislich zu jedem Teilchen immer ein dazugehöriges Antiteilchen entstanden ist, kann sich nie ein Überschuss an Materie gebildet haben. Da aber die Wissenschaftler im Weltall (fast) nur Materie vorfanden, sind sie zu dem Schluss gelangt, es müsse (aus unerklärlichen Gründen) einen Symmetriebruch gegeben haben.

    Es gibt keinerlei Erklärung, wie dieser Symmetriebruch vonstatten gegangen ist und wodurch er ausgelöst worden sein soll. Die Personen, die ständig solche Überlegungen verlautbaren, scheinen sich auch der Konsequenzen nicht klar zu sein.

    1. Wenn tatsächlich ein Überschuss an Materie existieren würde, wie soll dann all die Materie wieder in Strahlungsenergie übergehen? Der Logik dieser Personen zufolge findet diese Annihilierung nie statt.

    2. Wenn keine Annihilierung stattfände, ließe sich aber der Urknall nicht erklären. Dennoch hat sich der Urknall ereignet – auch wenn dieser nichts mit “einem Beginn von Raum und Zeit” zu tun hat, was fälschlicherweise immer behauptet wird.

    3. Woher stammt das Elektron-Antineutrino im Neutron? Dieses Antineutrino stellt Antimaterie dar. Somit sollte man das Neutron nicht (klassisch) als Materie bezeichnen, wenn es offenkundig Antimaterie enthält.

    4. Woher stammt die Radioaktivität beim Kalium (in Bananen), beim Uran und Plutonium (in Brennstäben), usw.? Radioaktive Strahlung kann nur entstehen, wenn sich Materie und Antimaterie gegenseitig auslöschen (= annihilieren). Die logische Schlussfolgerung: Die Antimaterie befindet sich im Inneren der Elemente. – Ist das so schwer zu verstehen? Es gibt noch andere Indizien-Beweise, die für Laien immer komplizierter werden, aber von Experten ignoriert werden, weil sie permanent diesen ‘Symmetriebruch’ im Hinterkopf haben, der jeglicher Grundlage entbehrt, und diese Leute davon abhält, in die richtige Richtung zu denken.

    5. Als weiteres Beispiel sei kurz angeführt: Das Lambda-null-Baryon besteht angeblich aus einem Up-, einem Down- und einem Strange-Quark, welches eine Masse von über 1.115 MeV hat. Das Sigma-null-Baryon besteht angeblich ebenso aus einem Up-, einem Down- und einem Strange-Quark, welches jedoch die Masse von über 1.192 MeV aufweist. Wie soll so etwas möglich sein, dass diese zwei Baryonen eine unterschiedliche Masse besitzen? Die Behauptung, verschiedene Strahlungsmengen seien dafür verantwortlich, ist Unsinn, da Strahlung keine Masse besitzt und somit nicht zur Masse beitragen kann. Tatsächlich handelt es sich bei dem Down-Quark des Lambda-null-Baryons um ein Schein-Down-Quark, während das Strange-Quark des Sigma-null-Baryons ein Schein-Strange-Quark (mit der gleichen elektrischen Ladung) darstellt.

    Die Erklärung: Das Schein-Strange-Quark ‘s-‘ besteht aus einem Schein-Down-Quark ‘d-‘, einem Up-Quark u+ und einem Up-Antiquark u-.

    ‘s-‘ = ‘d-‘ + u+ + u-

    Und weil das Schein-Strange-Quark aus mehr subatomaren Teilchen besteht als das Schein-Down-Quark, besitzt das Sigma-null-Baryon mehr Masse als das Lambda-null-Baryon. All dies sind keine Hirngespinste, wenn man die dahinterstehende Systematik verstanden hat.

    Es geht auch nicht darum, schlauer als andere zu sein. Es geht darum, dass ich auf etwas Bestimmtes gestoßen bin, das alles erklärt. Und weil im Universum alles ineinandergreift, erklärt sich aus dieser einen Erkenntnis der nächste ungelöste Fall. Aber es scheint niemanden zu interessieren – so, als würde man jemandem in die Suppe spucken. Wehe, es kommt einer daher und klärt ein Rätsel auf. Dann hätten diese Leute nichts mehr zu tun. Deren gut dotierende, jahrzehntelange (Hängematten)-Forscherjobs wären in Gefahr, wenn sich jemand erfrecht, eine korrekte Lösung anzubieten. Vehementes Ignorieren ist daraufhin angesagt. Und wenn einer aus der Forschergilde auf ‘Abwege gerät’, dann ist diesem der ewige Bann sicher. Diese Verhaltensweise kommt irgendwie bekannt vor.

    Es ist klar, dass sich niemand die Zeit nehmen will, 100 Seiten zu lesen. Aber wenn man eine Zusammenfassung von wenigen Seiten hat, dann könnte jemand ein paar Minuten …… aber nein, die LMAA-Methode ist wieder angesagt. Und so ergeht es vielen anderen auch. weil überall Verhinderer und Ignoranten tätig sind, die das alles anscheinend mit Absicht machen.