Sterne und Weltraum Magazin Oktober No 10 2011

Gelegentlich finden Forscher Dinge, die sie gar nicht gesucht haben – und mischen damit das etablierte Weltmodell gehörig auf. Als der englische Physiker Paul Dirac 1927, damals gerade 25 Jahre alt, das Verhalten von Elektronen im elektromagnetischen Feld mathematisch untersuchte, fand er eine bemerkenswerte Gleichung. Deren Lösungen bestätigten erstens, dass Elektronen einen quantenmechanischen Eigendrehimpuls – Spin genannt – haben. (Diese Eigenschaft war zuvor nur eine Hypothese, die aufgrund experimenteller Befunde eingeführt wurde.) Zweitens lieferten sie eine völlig überraschende Vorhersage: Es muss ein Teilchen geben, das die gleiche Masse und den gleichen Spin wie das Elektron hat, aber positiv statt negativ geladen ist. Dieses Korpuskel – das Positron – war das erste Beispiel für ein Antiteilchen, für Antimaterie.

Positronen und andere Antiteilchen wurden seitdem in vielen Experimenten und auch in der Natur nachgewiesen. Kürzlich entdeckte ein Instrument an Bord eines Satelliten sogar einen Ring aus Antiprotonen, der die Erde umgibt (siehe S. 19). Antimaterie spielt in unserem heutigen naturwissenschaftlichen Weltbild eine gewichtige Rolle: Denn die Naturgesetze sollten symmetrisch sein und für Materie und Antimaterie gleichermaßen gelten.

Daraus ergibt sich jedoch ein Problem: Bei völliger Symmetrie müsste es genauso viel Materie wie Antimaterie geben. Da sich aber Teilchen und Antiteilchen in Strahlungsenergie verwandeln, wenn sie aufeinandertreffen, gäbe es dann keine Himmelskörper im Weltall, sondern nur einen Brei aus Energie, Teilchen und Antiteilchen. Offenkundig gibt es im Universum aber deutlich mehr Materie als Antimaterie. Dieser Asymmetrie verdanken wir letztlich unsere Existenz. Und sie erlaubt unserem Autor Peter Fierlinger, darüber nachzudenken, auf welches feinsinnige Merkmal der Naturgesetze sie zurückzuführen ist (siehe S. 36).

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