Wie wird Antimaterie hergestellt?

Im Oktober 1955 stand auf der Titelseite der New York Times: „Neues Atomteilchen gefunden; Als negatives Proton bezeichnet“. Obwohl Antielektronen, die als Positronen bekannt sind, mehr als zwei Jahrzehnte zuvor entdeckt wurden, bewies die Entdeckung des Antiprotons im Jahr 1932, dass die ganze Idee der Antimaterie kein Zufall war und dass alle Arten von Materie wirklich böse Zwillinge hatten. Antimaterie ist eine Form von Materie, die mit konventioneller Materie identisch ist, außer dass sie eine entgegengesetzte Ladung hat und bei Kontakt mit gewöhnlicher Materie vernichtet, wobei eine Energiemenge freigesetzt wird, die durch Einsteins berühmte Gleichung E = MC2 bestimmt wird.

Die gesamte Ära der Hochenergie-Teilchenbeschleuniger wurde mit dem Bemühen, das Antiproton zu entdecken, in Gang gesetzt. Seit der Entdeckung des Positrons vermuteten Physiker die Existenz des Antiprotons. Sie konstruierten Zyklotrone, die immer höhere Energien untersuchten, um zu sehen, ob die Antiprotonen gefunden werden konnten.

1954 baute der mit dem Nobelpreis ausgezeichnete Physiker Earnest Lawrence das Bevatron in Berkeley, Kalifornien, einen massiven Teilchenbeschleuniger, der zwei Protonen bei 6.2 GeV (Giga-Elektronen-Volt) zusammenstoßen konnte, was als idealer Bereich für die Erzeugung von Antimaterie. Ab etwa 6.2 GeV kollidieren Teilchen mit so enormen Energien, dass neue Materie entsteht. Dies ist eine Folge von E=MC2 — Genug Energie erzeugen, und es erfolgt eine Materieproduktion. Wenn neue Materie aus dem Nichts entsteht, entsteht sie zu gleichen Teilen aus Teilchen und Antiteilchen. Ein Magnetfeld kann die negativ geladenen Antiprotonen absaugen, und sie können nachgewiesen werden. So muss Antimaterie hergestellt werden.

Viele Jahre später, am CERN, in den frühen 1990er Jahren, gelang es Wissenschaftlern, die ersten Antiatome zu schaffen – insbesondere Antiwasserstoff. Dies geschah durch die Beschleunigung von Antiprotonen mit relativistischen Geschwindigkeiten neben konventionellen Atomen. In bestimmten Fällen würde ihre Energie ausreichen, um die Bildung eines Elektron-Antielektron-Paares zu erzwingen, wenn sie nahe am Atomkern vorbeikommen. Von Zeit zu Zeit paarte sich das Antielektron dann mit dem vorbeiziehenden Antiproton, wodurch ein einzelnes Antiwasserstoffatom entstand. 1995 bestätigte das CERN, dass es erfolgreich neun Antiwasserstoffatome erzeugt hatte. Die Ära der echten Antimaterie-Herstellung hatte begonnen.

Leider sind die Verwendungen zur Herstellung von Antimaterie begrenzt. Es wird mit solch enormen Ineffizienzen erzeugt, dass die Herstellung erheblicher Mengen die Stromversorgung des gesamten Planeten aufzehren würde. Aus diesem Grund haben wir von der hypothetischen Schaffung einer Antimateriebombe wenig zu befürchten – die Technologie ist einfach nicht lebensfähig. In ferner Zukunft könnte Antimaterie als effiziente Form der Energiespeicherung für lange interstellare Reisen angesehen werden. Für praktisch jede Anwendung wären Batterien überlegen, aber für spezielle Anwendungen, wenn Sie Tonnen von Energie auf kleinstem Raum einfangen möchten, könnte Antimaterie attraktiv sein.