Weltpremiere am CERN: Erstmals wurden Antiprotonen kontrolliert transportiert

Antimaterie gehört zu den rätselhaftesten Bausteinen der Physik. Sie ist der gewöhnlichen Materie in vieler Hinsicht erstaunlich ähnlich, trägt aber entgegengesetzte elektrische und magnetische Eigenschaften. Gerade deshalb ist sie für die Forschung so interessant: Würden sich Materie und Antimaterie vollkommen spiegelbildlich verhalten, müsste der Urknall eigentlich gleiche Mengen von beiden hervorgebracht haben. Dass heute fast nur Materie zu sehen ist, gilt bis heute als eine der großen offenen Fragen der Physik. Nun ist Forscher:innen am CERN ein Schritt gelungen, der auf den ersten Blick unspektakulär wirkt, in der Praxis aber ein kleines Kunststück darstellt: Sie haben erstmals Antiprotonen kontrolliert transportiert.

Eine heikle Fracht auf vier Rädern

Im Zentrum des Experiments stand eine transportable Penning-Falle namens BASE-STEP. Darin sammelte das Team eine kleine Wolke von Antiprotonen, also den Antimaterie-Gegenstücken zu Protonen. Anschließend wurde das System von der stationären Anlage getrennt, auf einen Lastwagen verladen, über das CERN-Gelände gefahren und danach wieder an die Versuchsumgebung angeschlossen. Schon dieser Ablauf ist bemerkenswert, denn Antimaterie darf mit normaler Materie praktisch nicht in Berührung kommen. Sonst vernichten sich beide sofort gegenseitig.

Stefan Ulmer von der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf beschrieb die Herausforderung so: „Antiprotonen einzufangen und über längere Zeit zu speichern, erfordert einiges an Know-how.“ Die Antiteilchen müssten unter extrem hohem Vakuum sowie in präzise kontrollierten elektrischen und magnetischen Feldern gehalten werden, damit sie weder mit Gasteilchen noch mit dem Gefäß selbst kollidieren. Dass das nun auch während eines Transports gelang, ist eine technische Weltpremiere.

Warum der Ortswechsel wissenschaftlich wichtig ist

Der Transport ist kein Selbstzweck. Die BASE-Kollaboration untersucht Eigenschaften von Antiprotonen mit höchster Genauigkeit, etwa ihr magnetisches Moment, und vergleicht diese Werte mit denen gewöhnlicher Protonen. Solche Vergleiche sind zentral, wenn es darum geht, mögliche Unterschiede zwischen Materie und Antimaterie aufzuspüren.

Genau hier stößt die Forschung am CERN jedoch an praktische Grenzen. Die Anlagen der sogenannten Antimateriefabrik erzeugen winzige Magnetfeldschwankungen, die für viele Experimente belanglos wären, für Präzisionsmessungen aber störend sind. Deshalb sollen Antiprotonen künftig an Orte gebracht werden, an denen die Umgebung ruhiger und kontrollierter ist. An der HHU in Düsseldorf entsteht dafür ein neues Hochpräzisionslabor. Christian Smorra, Leiter des Projekts BASE-STEP, nannte den erfolgreichen Test mit Antiprotonen einen „riesigen Sprung in Richtung unseres Ziels“.

Ein erster Test mit großer Perspektive

Noch handelte es sich um eine Fahrt über das Gelände des CERN und nicht um einen grenzüberschreitenden Transport nach Deutschland. Doch genau darin liegt der Charakter dieses Versuchs: Er sollte zeigen, dass das Grundprinzip funktioniert. Die mobile Falle ist dafür vergleichsweise kompakt gebaut, enthält aber dennoch alles Nötige, um die empfindliche Fracht zu schützen.

Langfristig könnte das die Antimaterieforschung deutlich verändern. Bisher lassen sich Antiprotonen nur an wenigen Orten erzeugen und untersuchen. Wenn sie künftig zu spezialisierten Laboren gebracht werden können, würde sich die Forschung räumlich öffnen. Dann könnte die Antimateriefabrik am CERN nicht nur Produktionsort, sondern auch Ausgangspunkt für ein Netzwerk besonders genauer Messungen werden. Die Premiere war damit weit mehr als ein technischer Probelauf. Sie markiert den Beginn eines neuen Ansatzes, Antimaterie nicht nur zu erzeugen und zu speichern, sondern gezielt dorthin zu bringen, wo sich ihre Eigenschaften am präzisesten vermessen lassen.

via CERN, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf