Northwestern University hält einzelnes Positron monatelang fest

Physiker der Northwestern University haben ein einzelnes Positron, das Antiteilchen des Elektrons, über mehrere Monate eingefangen. Sie kühlten das Teilchen auf Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt und steuerten seine Quantenzustände sehr präzise, ohne es zu zerstören. Die Arbeit erschien in Physical Review Letters.

Das Team um Gerald Gabrielse entwickelte dafür ein Gerät namens Single-Positron-Quantenzyklotron. Es hält das Teilchen mit elektrischen und magnetischen Feldern im Vakuum, wo es sich im niedrigsten Energiezustand befindet. In diesem Zustand lassen sich gezielt Änderungen seines Quantenverhaltens auslösen. Da die Methode das Teilchen nicht zerstört, konnten die Forschenden Messungen über Monate am selben Positron wiederholen.

Warum Antimaterie so schwer zu untersuchen ist

Die Mathematik sagt voraus, dass es zu jedem Materieteilchen ein Antiteilchen gibt, und Experimente haben das bestätigt. Das Universum müsste daher ähnlich viel von beidem enthalten. Fast alles, was wir beobachten, besteht jedoch aus gewöhnlicher Materie. Warum, ist bis heute ungeklärt.

Antimaterie lässt sich im Labor erzeugen. Trifft ein Antiteilchen jedoch auf normale Materie, vernichten sich beide und setzen Energie frei. Deshalb nutzen Forschende Vakuumkammern und elektromagnetische Felder, um Antiteilchen zu isolieren. Das löst das Problem nur teilweise, denn Untersuchungen auf der Quantenebene bleiben schwierig.

Wie es weitergeht

Elektron und Positron haben dieselbe Masse und entgegengesetzte elektrische Ladungen. Offen ist, wie ähnlich sie sich genau sind und ob kleine Unterschiede bisher unbemerkt blieben. Die Forschenden wollen die magnetischen Eigenschaften beider Teilchen vergleichen. Bei Elektronen gibt es bereits sehr genaue Messungen, bei Positronen war diese Genauigkeit bisher schwerer zu erreichen.

Laut der American Physical Society könnte das neue Gerät Messungen an Antimaterieteilchen ermöglichen, die etwa 30-mal präziser sind als zuvor. Bislang hat das Experiment keine unerwarteten Unterschiede gezeigt. Es verbessert aber die Möglichkeiten, nach ihnen zu suchen. Sollte ein Positron künftig anders auf Magnetfelder reagieren als ein Elektron, müssten Physiker einige Gesetze zur Beschreibung von Materie und Antimaterie überarbeiten.