So gut wie alles was wir sehen, besteht aus Materie. Materie, die eigentlich gar nicht da sein sollte. Denn nach dem Urknall sollte in gleicher Menge Materie und Antimaterie entstanden sein. Und beides hätte sich gegenseitig auslöschen sollen, so dass nur Energie übrig bleibt. Aber anscheinend gab es damals ein bisschen mehr Materie als Antimaterie. Warum das so war, weiß niemand. Aber ein hypothetisches Phänomen in der Teilchenphysik könnte vielleicht bald Hinweise auf die Vorgänge im frühen Universum geben: Der neutrinolose doppelte Betazerfall!
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Transkription
Sternengeschichten Folge 120: Materie, Antimaterie und der neutrinolose doppelte Betazerfall
Als das Universum vor 14 Milliarden Jahren entstanden ist, muss irgendetwas seltsames geschehen sein. Ok, man kann die Entstehung eines ganzen Universums aus dem Nichts an sich schon als seltsam bezeichnen. Aber darum geht es mir diesmal nicht, sondern um das, was danach passiert ist. Kurz nach dem Urknall ist aus all der Energie Materie entstanden. Und nach allem, was wir wissen, muss dabei eigentlich in gleichem Ausmaß auch ANTImaterie gebildet worden sein. Wenn Energie in Materie umgewandelt wird, entstehen immer Materie und Antimaterie gleichzeitig. Und normalerweise löschen sich Materie und Antimaterie danach auch wieder gegenseitig aus und verwandeln sich zurück in Energie.
Das kann aber in unserem Universum nicht passiert sein. Denn ansonsten gäbe es heute nur Energie – wir sehen aber einen Kosmos voller Materie. Überall sind Galaxien, Sterne und Planeten, die aus Materie bestehen. Genau so wie wir Menschen und alles um uns herum. Das Universum ist voll mit Materie, aber Antimaterie findet sich darin so gut wie gar keine.
Nach dem Urknall muss also aus irgendeinem Grund ein klein wenig mehr Materie entstanden sein als Antimaterie. Und als sich dann alles gegenseitig ausgelöscht hat, blieb diese überschüssige Materie übrig und formte das Universum, das wir heute sehen. Aber warum das so war, weiß niemand. Es könnte aber sein, das ein Phänomen mit dem komplizierten Namen “Neutrinoloser doppelter Betazerfall” in naher Zukunft Hinweise zur Lösung dieses Rätsel liefert.
Das erste Neutrino wurde in einer Blasenkammer entdeckt (Bild: Argonne National Laboratory)
Neutrinoloser doppelter Betazerfall klingt kompliziert – aber so schwierig ist es eigentlich gar nicht. Gehen wir es der Reihe nach durch. “Betazerfall” ist eine Art, auf die radioaktive Atome zerfallen können. Ein Atomkern besteht aus positiv geladenen Protonen und elektrisch nicht geladenen Neutronen. Die Zahl der Protonen im Kern bestimmt, um welches chemische Element es sich handelt. Wasserstoff hat ein Proton, Helium hat zwei, Lithium hat drei, und so weiter. Die Zahl der Neutronen im Kern ändert nichts an den chemischen Eigenschaften eines Elements – kann es aber instabil machen. Ist das Verhältnis von Protonen und Neutronen im Kern nicht mehr ausgewogen genug, zerfällt das Atom. Das nennt sich Radioaktivität und kommt überall in der Natur vor.
Man unterscheidet dabei verschiedene Arten des Zerfalls: Wenn der Kern selbst auseinanderbricht, dann nennt man das “Alphazerfall”. Aus einem großen Atomkern entsteht ein kleinerer; es wird also ein schweres chemisches Element in ein leichteres umgewandelt. Ein Teil des Kerns verlässt dabei den Atomkern; man nennt es “Alphateilchen” und den Strom dieser Teilchen die “Alphastrahlung”. Der Betazerfall funktioniert ein wenig anders. Hier bricht nicht der Kern auseinander, sondern ein Neutron verwandelt sich in ein Proton – oder umgekehrt.
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