Wenn man einen Außerirdischen trifft und dieser einem die linke Hand zum Gruß reicht, so scherzte einst Richard Feynman, solle man sich hüten: Er könnte aus Antimaterie bestehen! In diesem Fall wäre tatsächlich Vorsicht geboten, denn beim Kontakt von Antimaterie mit gewöhnlicher Materie vernichten sich beide gegenseitig und setzen dabei eine enorme Energiemenge frei. Dieser Vorgang wird Annihilation genannt. Entsprechend der von Albert Einstein postulierten Äquivalenz von Energie und Materie entsteht bei der Annihilation mehr Energie als bei jedem anderen chemischen oder physikalischen Vorgang. Nach der bekannten Formel E = mc2
erzeugt zum Beispiel die Vernichtung eines halben Gramms Antimaterie mehr Energie als die Explosion der Atombombe von Hiroshima. Doch wie groß ist überhaupt die Wahrscheinlichkeit, dass es ferne Sonnen und Planeten aus Antimaterie gibt; dass wir einst einem Außerirdischen gegenüberstehen werden, der uns die linke Hand reicht?
Seit bald 15 Jahren können wir auf diese wichtige Frage eine vorläufige Antwort geben. Im Juni 1998 wurde das AMS-01-Experiment (Alpha Magnetic Spectrometer) an Bord der Raumfähre Discovery in eine Erdumlaufbahn gebracht und war hundert Stunden in Betrieb. Das Ziel der AMS-Kollaboration unter der Leitung von Samuel Ting war es, mit Hilfe eines Teilchendetektors Ausschau nach Antimaterie- Atomkernen zu halten.
Der leichteste Vertreter dieser Spezies ist das Antiproton, der Kern des Antiwasserstoffatoms. Es entsteht, wenn hochenergetische kosmische Strahlung durch interstellare Materie tritt. Man spricht dann von sekundären Antimaterieteilchen. Ganz anders sieht es bei schwereren Kernen wie Helium aus. Sie entstehen heute ausschließlich durch
Kernfusion in einer Sonne – im Fall des Antiheliums in einer Antisonne. Solche Antiteilchen werden als primäre Antimaterie bezeichnet. Das AMS-01-Experiment hat insgesamt knapp drei Millionen Heliumkerne nachgewiesen, jedoch keinen einzigen Antiheliumkern.
Nach mehr als zehnjähriger Entwicklungszeit hat im Mai 2011 auch das AMS-02-Experiment seine Arbeit in der Erdumlaufbahn aufgenommen (Abbildung 1).
(1) Das Alpha Magnetic Spectrometer AMS-02 an der Internationalen Raumstation ISS, etwas oberhalb der Bildmitte Foto: NASA.
Es handelt sich um eine Weiterentwicklung von AMS-01, die für einen dauerhaften Betrieb an Bord der internationalen Raumstation ISS ausgelegt ist. Der Detektor hat eine Gesamtmasse von mehr als 6,7 Tonnen und besteht aus insgesamt sechs Modulen. Diese sind in der Lage, Geschwindigkeit, Ladung, Energie und räumliche Orientierung von geladenen und neutralen Teilchen aufzuzeichnen, die sie durchqueren. Ein Sternensensor kontrolliert ständig die Position der Apparatur relativ zu den Fixsternen.
Das Hauptziel von AMS-02 ist es, insgesamt etwa tausend Mal mehr Atomkerne nachzuweisen als AMS-01. Mit dieser gesteigerten Empfindlichkeit kann es die Suche nach Antimateriesonnen bis an die sichtbare Grenze des sich aus- breitenden Universums ausdehnen. Ferner ist der Detektor auch in der Lage, die hypothetischen Neutralino- und Strangelet-Teilchen nachzuweisen. Beide werden als heiße Kandidaten für die Dunkle Materie gehandelt.
Wo ist die Antimaterie?
Das Messergebnis von AMS-01 deutet darauf hin, dass es im heutigen Universum keinerlei primäre Antimaterie mehr gibt. Dabei müssten beim Urknall vor etwa 13,7 Milliarden Jahren ganz genau gleiche Mengen von Materie und Antimaterie entstanden sein. Innerhalb der darauffolgenden Se- kundenbruchteile annihilierte aber der Großteil der entstandenen Antimaterie mit Materie und wandelte sich in Photonen um. Dies ist der Ursprung der kosmischen Hintergrundstrahlung.
Überraschenderweise blieb nach diesem gigantischen Feuerwerk jedoch ein winzig kleiner Teil gewöhnlicher Materie übrig. Aus diesem Bruchteil besteht die Erde, unser Sonnensystem – ja, das gesamte sichtbare Universum. Stellvertretend für die gesamte Materie wird meistens das Ungleichgewicht von baryonischer Materie betrachtet, das heißt von Teilchen, die aus drei Quarks bestehen. Man spricht daher von Baryonen Asymmetrie. Dieses Ungleichgewicht von Antimaterie und gewöhnlicher Materie ist eines der großen Rätsel der modernen Physik.
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