Der Antimaterie auf der Spur

Eine große Frage der Wissenschaft ist warum und wohin die Antimaterie nach dem Urknall verschwunden ist. Zahlreiche Projekte beschäftigen sich weltweit mit der Beantwortung dieser Frage. Auch das T2K-Experiment ist der Erforschung der Antimaterie gewidmet. Nun zeigte die Analyse der Daten, die im Rahmen des Experiments gewonnen wurden, Anzeichen für Unterschiede zwischen Materie und Antimaterie. Diese Unterschiede könnten ein Schritt zur Enträtselung der Materie-Antimaterie-Asymmetrie sein.

In 2010 nahmen Wissenschaftler* und Ingenieure aus 60 Forschungseinrichtungen und Universitäten Europas, Asiens und Amerikas ihre Arbeit am T2K-Experiment auf. Das Experiment, das auch „Tokai to Kamioka“ genannt wird, umfasst einen Teilchenbeschleuniger in Tokai von dem aus Neutrinos und Antineutrinos zum 300 Kilometer entfernten Kamioka geschickt werden. In Kamioka treffen die Teilchen im Detektor Super-Kamiokande ein und werden analysiert.

Anzeichen für Unterschiede zwischen Materie und Antimaterie entdeckt
Nun hat das Konsortium aus über 500 Experten eine bahnbrechende Entdeckung veröffentlicht, die aktuell Titelstory des Fachmagazins „nature“ ist. Die Wissenschaftler haben die Daten aus den vergangenen neun Jahren Forschung untersucht und herausgefunden, dass es Unterschiede im Verhalten von Neutrinos und Antineutrinos gibt. Es handelt sich dabei um die Verletzung der Spiegelsymmetrie.

Neutrinos sind für die Erforschung der Materie-Antimaterie-Asymmetrie sehr interessant. Eine Theorie besagt, dass „Vorfahren“ der heutigen Neutrinos kurz nach dem Urknall eine Präferenz hin zur Materie bzw. Antimaterie gezeigt haben könnten. Dies wäre eine Erklärung für den heute vorherrschenden Materieüberschuss. Um diese Theorie zu bekräftigen oder zu widerlegen, wurden im Experiment T2K Neutrinostrahlen und Antineutrinostrahlen zum Detektor in Kamioka geschickt. Die Wissenschaftler verglichen die Anzahl der in Tokai erzeugten Teilchen mit denen, die den Detektor erreichten. Es zeigte sich, dass sich das Verhalten der Neutrinos und der Antineutrinos unterschied. Auf dem Weg hatten sich einige Neutrinos in eine andere Form umgewandelt. Die Stärke dieses Effekts wird durch die Verletzung der fundamentalen Symmetrie bestimmt.

Forschung trotzdem noch am Anfang
Trotz der Freude über den erreichten Forschungserfolg stehen die Wissenschaftler noch ganz am Anfang. Die Ergebnisse der Analysen müssen durch weitere Tests und Untersuchungen bekräftigt und untermauert werden. Hierzu wird nicht nur der Detektor Super-Kamiokande, sondern auch zwei weitere geplante Detektoren in Japan und den USA beitragen.

Für das internationale Forscherteam bedeutet dies auch in den kommenden Jahren weitere Arbeiten in diesem Bereich und im Rahmen des T2K-Experiments. Dies gilt auch für Prof. Stefan Roth. Mit ihm ist auch ein Wissenschaftler aus den Reihen der Sektion JARA-FAME an den Untersuchungen beteiligt. Roth ist Teil des III. Physikalischen Institut B, der RWTH Aachen, das durch JARA-FAME Direktor Prof. Achim Stahl geleitet wird.

Zur Originalveröffentlichung in nature

Weitere Informationen zum T2K-Experiment auf der Website des Instituts und im Video:

_{* Verweis: „Alle in diesem Dokument verwendeten Bezeichnungen sind geschlechtsneutral zu verstehen. Auf eine Nennung verschiedener Varianten der Bezeichnungen wird allein aus Gründen der besseren Lesbarkeit verzichtet.“}