Wieso gibt es überhaupt (noch) Materie?


Materie kennt jeder; schließlich besteht daraus die Welt – zumindest zum großen Teil. Materie ist, sehr vereinfacht formuliert, das, was man prinzipiell anfassen kann, also feste Körper und „Gegenständliches“ – im Unterschied zu Energie oder auch zu Gedanken und Ideen. „Antimaterie“ hingegen klingt schon spektakulärer und ein wenig mehr nach Science-Fiction.

Detektor für Antimaterie: Das Alpha Magnetic Spectrometer (AMS). Bild: CERN/Laurent Guiraud

Tatsächlich aber ist Antimaterie nicht außergewöhnlicher als „normale“ Materie. Materie ist aus kleinsten Teilchen – den Elementarteilchen – aufgebaut, zum Beispiel aus (positiv geladenen) Protonen und (negativ geladenen) Elektronen. Antimaterie besteht aus den entsprechenden Antiteilchen, also aus (negativ geladenen) Antiprotonen und Positronen, die – wie der Name schon sagt – positiv geladen sind. Bei Antimaterie sind die elektrischen Ladungen der Elementarteilchen also genau umgekehrt. Bestände unsere Welt komplett aus Antimaterie anstatt aus Materie – wir würden keinen Unterschied bemerken! Spektakuläres passiert aber, wenn Materie und Antimaterie aufeinander treffen: Sie vernichten sich gegenseitig, sie „zerstrahlen“ zu reiner Energie. Umgekehrt können aus Energiestrahlung wiederum Teilchen und Antiteilchen entstehen. Doch letzteres geschieht nur unter extremen, nämlich energiereichen und unglaublich heißen Bedingungen. Solche Bedingungen werden unter anderem in modernen Physiklaboratorien, den so genannten Teilchenbeschleunigern (beispielsweise DESY in Hamburg oder CERN in Genf) geschaffen.

Teilchen-Physik als Schlüssel zu den Geheimnissen der Materie

Auch im frühen Universum, in den ersten Sekundenbruchteilen nach dem Urknall, herrschten solche extremen Bedingungen: Hochenergetische Strahlung verwandelte sich in Teilchen und Antiteilchen, in jeweils gleicher Menge. Diese verwandelten sich dann bei Zusammenstößen wieder in Strahlung und so ging es hin und her. Bis mit der Ausdehnung des Universums die Temperatur sank und damit die Energie der Strahlung. Bereits eine Sekunde nach dem Urknall war die Temperatur so niedrig, dass keine Teilchen mehr aus Strahlung entstanden. Teilchen und Antiteilchen konnten und können jedoch weiterhin bei Zusammenstößen zerstrahlen.

Wenn nun Materie und Antimaterie tatsächlich in genau gleicher Menge entstanden sind, ergibt sich ein Problem: Wieso haben sich Materie und Antimaterie inzwischen nicht gegenseitig vollständig ausgelöscht? Wieso gibt es überhaupt noch Materie? Oder andersherum: Wo ist die ganze Antimaterie geblieben? Denn unser heutiges Universum besteht anscheinend nur noch aus Materie. Hat es eine räumliche Trennung von Materie und Antimaterie gegeben? Existieren möglicherweise weit entfernte Sterne und Galaxien, die vollständig aus Antimaterie bestehen? Dafür wurden bislang keine Hinweise gefunden.

Vielleicht wird das „Alpha Magnetic Spectrometer“ (AMS), das Antimaterie mit hoher Präzision nachweisen kann, dabei helfen, diese Fragen zu beantworten. Es soll mit deutscher Beteiligung von der Internationalen Raumstation ISS aus nach Antimaterie-Teilchen fahnden.

Eine andere Möglichkeit hat der russische Physiker und Friedensnobelpreisträger Andrei Sacharow bereits 1967 gesehen, wonach unter bestimmten Voraussetzungen wirklich mehr Materie als Antimaterie entstehen kann. Da die Antimaterie mit Materieteilchen komplett zerstrahlte, blieb als Überschuss die Materie, aus der unser heutiges Universum aufgebaut ist.


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