Antimaterie

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Antimaterie ist Materie, die aus Antiteilchen aufgebaut ist, so wie die uns umgebende 'normale' Materie aus 'normalen' Teilchen besteht.

Auch wenn einige leichte Antiteilchen in der Natur allgegenwärtig sind, kommen z.B. ganze Atome aus Antimaterie in der Natur soweit bekannt nicht vor. Antimaterie lässt sich in Teilchenbeschleunigern erzeugen.

Ein Durchbruch in der künstlichen Erzeugung von Antimaterie gelang einer Arbeitsgruppe unter Walter Oelert vom Forschungszentrum Jülich am CERN (LEAR) 1995, als sie ein Anti-Wasserstoff-Atom erzeugten, das aus einem negativ geladenen Antiproton und einem positiv geladenen Positron bestand. In den beiden folgenden Jahren wiederholten Forscher am Fermilab in den USA das Experiment.

Die Kurzlebigkeit von Antimaterie in der von uns beobachtbaren Welt erklärt sich daraus, dass beim Aufeinandertreffen eines Teilchen-Antiteilchen-Paares sich beide gegenseitig annihilieren. Hierbei wird Energie freigesetzt, hauptsächlich in der Form von elektromagnetischer Strahlung, als Gammastrahlung. Diese Annihilation von Antiteilchen setzt sehr viel mehr Energie frei als es irgend ein anderer Prozess mit gleichen Materiemengen könnte wie chemische Prozesse oder auch Kernfusion. Die freiwerdende Energie lässt sich mit dem Einstein'schen Energieäquivalent $E = m c 2$ berechnen.

Inhaltsverzeichnis

1 Wirtschaftliche Nutzbarkeit der Antimaterie
2 Antimaterie im Universum
3 Verarbeitung in fiktionalen Werken
4 Literatur
5 Weblinks

[Bearbeiten] Wirtschaftliche Nutzbarkeit der Antimaterie

Theoretisch könnte man mit 80 Kilogramm Antiwasserstoff den gesamten Primärenergieverbrauch in Deutschland (2005) abdecken. 1kg Antimaterie hat ein Energieäquivalent von 9 · 10¹⁶ Joule; zusammen mit 1kg Materie entspricht dies 50 Milliarden kWh.

An eine wirtschaftliche Nutzung im Sinne eines Antimaterie-Kraftwerks ist aber nicht zu denken, da Antimateriepartikel auf der Erde derzeit nur unter immensem Energieaufwand hergestellt werden können. Antimaterie könnte erst dann zur Erzeugung wirtschaftlich nutzbarer Energieformen (Energiegewinnung) genutzt werden, wenn man größere Mengen davon im Weltall fände – nach dem heutigen Stand der Wissenschaft ist aber im Umkreis von einigen Milliarden Lichtjahren keine vorhanden.

Da Berührung mit jeglicher Form von Materie zur Annihilation führt, ist die einzig mögliche Speicherform, Antimaterie-Teilchen in einem elektromagnetischen Feld einzufangen. Dazu bräuchte man einen Behälter in dem sich zwei Magnetfelder überschneiden, damit die Antimaterie in einen schwebeänlichen Zustand versetzt würde. Das funktioniert aber nur bei Antiprotonen oder Positronen, denn Antineutronen besitzen keine elektrische Ladung und können daher nicht elektromagnetisch eingefangen werden. Ferner ist es heute undenkbar, eine größere Menge Antiprotonen zusammen einzufangen, da diese sich durch ihre Wechselwirkung stark voneinander abstoßen.

[Bearbeiten] Antimaterie im Universum

In Teilchenbeschleunigerreaktionen zeigt sich, dass reine Energie (Photonenstrahlung, Bewegungsenergie …) immer paarweise zu gleichen Mengen in Materie und Antimaterie umgewandelt wird. Auch nach den bisher gefundenen theoretischen Gesetzen macht die Natur keinen Unterschied zwischen Materie und Antimaterie und behandelt beide vollkommen gleichwertig.

Somit sollte man erwarten, dass nach dem heißen und dichten Anfangszustand des Universums (Urknall) Materie und Antimaterie in gleichen Mengenverhältnissen entstanden und noch heute vorzufinden sind. Trotzdem zeigen alle bisherigen Beobachtungen im Kosmos nur eine Form, willkürlich Materie genannt. Dieses offensichtliche Ungleichgewicht ist eines der großen Rätsel der Elementarteilchenphysik und Kosmologie; es wird vermutet, dass erst vereinheitlichende Theorien (beispielsweise Stringtheorie, M-Theorie, Supersymmetrie) diese ungleiche Verteilung zufriedenstellend erklären werden.

Frühere Vermutungen, dass das Universum in einigen Bereichen mit Materie, in anderen mit Antimaterie gefüllt sei, gelten heute als unwahrscheinlich. Es wurde bislang keine Annihilationsstrahlung, die an den Grenzgebieten entstehen sollte, nachgewiesen.

Das Ungleichgewicht von Materie und Antimaterie ist eine der Voraussetzungen für die Stabilität unseres Universums, und somit auch für das Leben auf der Erde. Hätte sich ein genaues Gleichgewicht von Materie und Antimaterie ergeben, so wäre alle Materie nach der Abkühlung des Universums wieder mit der Antimaterie in Strahlung umgewandelt worden.

Die sogenannte kosmische Hintergrundstrahlung lässt sich sehr gut mit der Urknalltheorie als Relikt aus der zeitlichen Epoche deuten, als die beim Urknall entstandene Materie mit der Antimaterie wieder vernichtet wurde. Der Vergleich von Modellrechnungen und astronomisch gemessenen Daten (primordiale Nukleosynthese, WMAP) untermauern diejenige These, nach der es anfänglich ein fast gleiches Verhältnis von Materie und Antimaterie gegeben haben muss. Lediglich ein winziges Ungleichgewicht von 1.000.000.001 Teilchen über 1.000.000.000 Antiteilchen bewirkte, dass ein Rest an Materie übrig blieb, der unser heutiges Universum ausmacht.

Neueste Untersuchungen bestätigen die Bevorzugung der Materie im Universum. Am SLAC wurden 200 Millionen B-Meson-Anti-B-Meson-Paare erzeugt und untersucht wie diese wieder zerfallen. Bei der Auswertung wurde festgestellt, dass die B-Mesonen etwa zwei Mal weniger in ein Pion und ein Kaon zerfallen als deren Antiteilchen. In der Vergangenheit wurde dieser Effekt, der CP-Verletzung genannt wird, schon bei Kaonen untersucht. Allerdings liegt der Unterschied dort bei 4 in einer Million.

[Bearbeiten] Verarbeitung in fiktionalen Werken

In der Fernseh- und Filmreihe Star Trek findet Antimaterie vielfältige Anwendungsmöglichkeiten, hauptsächlich jedoch zur Energiegewinnung in Form eine kontrollierten Annihilation oder aber in Form von Waffensystemen, in denen die Sprengkraft der Annihilation genutzt wird. Ausserdem wird damit der Antrieb zum Reisen mit Überlichtgeschwindikeit betrieben.

Dan Brown verarbeitet das Thema in seinem Thriller Illuminati.

Ilkka Remes verarbeitet das Thema in seinem Thriller Das Hiroshima-Tor.

Paul Hood, der jugendliche Protagonist in Ang Lees Drama The Ice Storm (dt. Der Eissturm), benutzt die Materie-Antimaterie-Diskussion der Comicreihe "Die Fantastischen Vier", um eine Analogie zur Familie herzustellen, die, laut Paul, jedermans persönliche Antimaterie ist.

In der Science-Fiction-Serie Perry Rhodan gibt es ein Volk das aus einem Universum aus Antimaterie stammt, die sogenannten Accalauries.

Im Science-Fiction Online-Rollenspiel EVE Online wird Antimaterie als Munitionsbestandteil für Hybridwaffen (Railguns / Blaster) mit dem höchsten Schadensfaktor aller Tech I Munitionsvarianten verwendet.

Im Roman "Sandsturm" von James Rollins hat ein Meteorit aus Antimaterie eine Höhle unter der Wüste im Oman entstehen lassen, dort ist es stabil im Inneren von Bucky Balls aus Wassermolekülen.

Im Roman Chasm City von Alastair Reynolds wird die Furcht und Abscheu der Besatzung vor der extrem destruktiven Antimaterie dargestellt, welche als Treibstoff der intergalaktischen Raumschiffe dient.