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Warum existiert das Universum? Forschenden gelingt Rekordmessung

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Von: Sophia Lother

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Wieso gibt es uns und unser Universum? Forschende am Cern sind genau diesem Rätsel auf der Spur. (Archivbild)
Wieso gibt es uns und unser Universum? Forschende am Cern sind genau diesem Rätsel auf der Spur. (Symbolfoto) © Peter Komka/dpa

Fachleute am Cern sind den Ursprüngen unserer Existenz auf der Spur. Weshalb existiert das Universum? Ein kleiner Unterschied könnte dafür verantwortlich sein.

Genf – Warum ist das Universum entstanden? Weshalb haben sich Materie und Antimaterie nicht gegenseitig ausgelöscht? Diese Fragen treiben die Menschheit seit langem um. Bei der europäischen Organisation für Kernforschung (Cern) sind Spezialisten genau diesem Rätsel auf der Spur.

Auf der Suche nach dem Ursprung unserer Existenz ist Physikern bei der europäischen Organisation für Kernforschung (Cern) in Genf nun ein Rekord gelungen, mithilfe einer Messung. Bei dieser verglichen sie die Massen von Protonen und Antiprotonen auf 11 Stellen nach dem Komma.

Warum gibt es das Universum? Forschungsteam gelingt Rekord-Messung

Doch das Rätsel um die Entstehung des Universums konnten die Fachleute dadurch nicht lösen. Denn die Hoffnung auf eine Erklärung, warum Materie und Antimaterie sich beim Urknall nicht gegenseitig ausgelöscht haben, hat sich vorerst zerschlagen.

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„Wir haben keinen Unterschied zwischen Protonen und Antiprotonen gefunden, der die Existenz von Materie im Universum erklären könnte“, erklärt Stefan Ulmer, Gründer des Baryon-Antibaryon-Symmetrie-Experiments (BASE) am Cern. Nicht auszuschließen sei jedoch, dass Unterschiede auf noch mikroskopischerem und noch nicht messbarem Level bestehen, sagte der Physiker. Die Forschungsergebnisse wurden im Fachjournal Nature veröffentlicht.

Ursprung des Universums: Materie und Antimaterie müssten sich gegenseitig auslöschen

Antimaterie bezeichnet die Antiteilchen, die zu jedem Baustein der Welt, den Elementarteilchen, bestehen. Sie haben die entgegengesetzte elektrische Ladung. Beim Aufeinandertreffen von Teilchen und Antiteilchen vernichtet sich das Paar gegenseitig. „Im Kern geht es um die Frage nach dem Ursprung unserer Existenz“, so der Physiker. „Wenn wir die Urknalltheorie und das Standardmodell der Teilchenphysik vereinigen, gibt es eigentlich keinen Grund, warum das Universum entstehen sollte.“ Denn: Materie und Antimaterie müssten sich gegenseitig auslöschen.

Verbildlicht: Wenn ein Proton und ein Antiproton in einer Box geschüttelt würden, bliebe nichts übrig. „Das müsste auch beim Urknall passiert sein – ist es aber nicht, denn wir existieren ja“, sagt Ulmer. „Die Frage ‚warum existieren wir?‘ kann die moderne Physik noch nicht beantworten.“

Warum existiert das Universum: Theorie muss weiter geprüft werden

Eine der Theorien ist, dass eine Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie besteht. Wenn Protonen schwerer wären als Antiprotonen, würden – einfach ausgedrückt – bei einem Zusammenstoß einige Protonen übrig bleiben. Das Experiment am Cern hat mit bislang unerreichter Präzision aber keinen Unterschied aufzeigen können. „Wir haben mit hoher Messpräzision ausgeschlossen, dass der Unterschied zwischen Materie und Antimaterie auf einer Differenz der Masse beruht“, sagte Ulmer. Gemessen wurden einzelne Teilchen in einer rund 25 Zentimeter langen Penning-Falle, einem elektromagnetischen Container. Dort konnten die Physiker die Schwingungen von Proton und Antiproton aufzeichnen und vergleichen.

Auf dem Bild ist die Penning-Falle zusehen, in der die Masse von Protonen und Antiprotonen gemessen wurde.
Auf dem Bild ist die Penning-Falle zusehen, in der die Masse von Protonen und Antiprotonen gemessen wurde. © Stefan Sellner, Stefan Ulmer/BASE-Collaboration/dpa

Als Nächstes wollen sie eine andere Theorie zum Unterschied zwischen Materie und Antimaterie erneut testen: ob sich statt der Masse vielleicht das magnetische Moment unterscheidet. Mit verbesserter Präzision soll das Schwingen der Teilchen um die eigene Achse gemessen werden. „Wir können jetzt mit einer mindestens zehn Mal höheren Genauigkeit messen als bislang“, sagt Ulmer.
Die Physiker haben nach Angaben des Physikers auch erstmals ein Experiment geschaffen, das mit höchster Präzision untersuchen kann, ob Antimaterie durch Gravitation gleich schnell nach unten fällt wie Materie. Das vorläufige Ergebnis: Antimaterie reagiert gleich wie Materie. Auch hier können eines Tages noch präzisere Messungen zu anderen Ergebnissen führen, sagte Ulmer. (slo/dpa)

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