Am Sonntag habe ich euch ein schönes Video über Antimaterie gezeigt. Antimaterie ist eigentlich nicht sonderlich mysteriös oder seltsam. Es ist ganz normale Materie, nur eben mit einer anderen elektrischen Ladung. Ein Elektron ist elektrisch negativ geladen. Ein Positron ist ganz genau so wie ein Elektron, nur eben positiv geladen. Ein Proton ist elektrisch positiv geladen; ein Antiproton elektrisch negativ. Und wo ein normales Atom aus einem Kern mit Protonen besteht der von Elektronen umkreist wird, besteht ein Antiatom aus einem Kern mit Antiprotonen der von Positronen umkreist wird. Aus solchen Antiatomen aufgebaute Antimaterie funktioniert im Prinzip genau so wie normale Materie und würde auch nicht anders aussehen. Erst wenn Antimaterie auf Materie trifft bemerkt man den Unterschied denn dann vernichten sie sich gegenseitig. Das kommt allerdings selten vor, denn natürliche Antimaterie existiert so gut wie nirgends im Universum. Oder gibt es das Zeug vielleicht doch irgendwo und wir haben es nur noch nicht gemerkt? Alexander Dolgov von der Universität Ferrara in Italien und seine Kollegen haben sich Gedanken darüber gemacht, wie man Himmelskörper aus Antimaterie im Universum entdecken könnte (“How to see an antistar”).
Da Materie und Antimaterie bis auf die Ladung identisch sind (stimmt eigentlich nicht ganz, aber dazu später mehr) sollten beim Urknall auch jeweils gleich viel von beiden entstanden sein. Und von einer Mischung aus Materie und Antimaterie dürfte nicht viel übrig bleiben, abgesehen von jeder Menge Energie die bei der gegenseitigen Vernichtung entstanden ist. Aber ganz offensichtlich ist etwas übrig geblieben, denn unser Universum ist voll mit jeder Menge Materie und nur die Antimaterie scheint verschwunden zu sein. Das kann zwei mögliche Ursachen haben: Entweder waren Materie und Antimaterie damals nicht vermischt und es gibt eben heute große Regionen im Universum die voll mit Materie sind und andere große Regionen die voll mit Antimaterie sind. Oder aber es entstanden beim Urknall nicht gleiche Mengen an Materie und Antimaterie sondern ein kleines bisschen mehr Materie. Nach der großen gegenseitigen Auslöschung blieb der Materieüberschuss übrig und aus ihm besteht heute alles im Universum (wenn man von der dunklen Materie absieht).
Ein Positron saust durch eine Nebelkammer. Originalbild der Entdeckung des ersten Antimaterieteilchens im Jahr 1932 (Bild: Public Domain)
Die zweite Methode wird von den derzeitigen kosmologischen Theorien favorisiert. Warum es mehr Materie als Antimaterie gegeben haben soll, weiß man allerdings noch nicht. Diese Frage gehört zu den großen ungelösten Problemen der Physik. Es gibt diversen Hypothesen die so ein Ungleichgewicht erklären könnten aber die gehören eben zum hypothetischen Teil der Kosmologie und sind nicht Teil des durch Beobachtungsdaten gut abgesicherten Standard-Urknallmodell. Es wird noch ein wenig dauern, bevor wir hier Bescheid wissen. Man ist sich aber trotzdem ziemlich sicher, dass das Verschwinden der Antimaterie durch eine anfängliche Baryonenasymmetrie erklärt werden muss. Denn wenn es irgendwo anders im Universum große Mengen an Antimaterie geben würde, dann müsste man das beobachten können. Sterne schicken nicht nur Licht ins All, sondern auch Teile des Materials aus dem sie bestehen. Bei der Sonne nennen wir das Sonnenwind und das gleiche machen auch alle anderen Sterne. Die Erde wird ständig von der kombinierten Teilchenstrahlung aller möglichen fernen und nahen Himmelsobjekte getroffen. Das ist die kosmische Strahlung und wenn es da draußen irgendwo große Mengen an Antimaterie geben würde, dann müsste auch in der kosmischen Strahlung Antimaterie auftauchen.
Das tut sie aber nicht, wie diverse Messungen zeigen die im Laufe der letzten Jahre und Jahrzehnte angestellt wurden. Aber vielleicht sind die Antisterne und Antigalaxien einfach nur enorm weit weg? Dolgov und seine Kollegen leiten aus den bisher besten Messungen ab, dass eine Antigalaxie mindestens 10 Megaparsec weit entfernt sein muss. Zum Vergleich: Die Galaxie die unserer Milchstraße am nächsten liegt ist die Andromeda-Galaxie und die ist 0,8 Megaparsec weit weg. 10 Megaparsec sind also nicht sooo extrem weit weg und wir kennen jede Menge Galaxien die sich so weit oder weiter entfernt befinden. Aber besteht eine davon aus Antimaterie?
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