Weltpremiere: Antimaterie wird kilometerweit transportiert

Platz da, hier kommt Antimaterie! Erstmals in der Geschichte der Menschheit sollen am Dienstag (24. März) Antiteilchen auf der Straße transportiert werden - um zu beweisen, dass so ein Transport überhaupt möglich ist und die Teilchen nicht entweichen. «Wir betreten absolutes Neuland», erklären die Physiker Stefan Ulmer und Christian Smorra von der Universität Düsseldorf, die in Genf am europäischen Kernforschungszentrum Cern die Grundlagen des Universums erforschen. «Nie zuvor wurde etwas Ähnliches bewerkstelligt.» 

100 bis 1000 Antiprotonen sollen auf Reisen gehen, fünf Kilometer weit, ausschließlich auf Cern-Gelände. Klappt der Test, soll das Material später per Lkw zu Laboren in Düsseldorf, Hannover und Heidelberg gebracht werden. Die Bedeutung wäre immens: Das Cern ist der einzige Ort weltweit, an dem Antiprotonen gespeichert werden können. «Wenn es gelingt, Antimaterie-Teilchen zu transportieren und unabhängig vom Ort, wo sie produziert werden, zu untersuchen, ermöglicht das ganz neue Forschung», sagt Ulrich Husemann, Direktor für Teilchenphysik am Forschungszentrum Desy in Hamburg und selbst nicht an dem Transportexperiment beteiligt. Ziel sei, die Grundlagen des Universums und unserer Existenz besser zu verstehen.

Weltbestseller schuf düstere Visionen

US-Autor Dan Brown mit seinem Weltbestseller «Illuminati» und Hollywood haben Antimaterie-Horrorvisionen geschaffen, die bei vielen Menschen Ängste schufen. Brown inszenierte einen Wettlauf mit der Zeit, um eine Antimaterie-Bombe - mit Material aus dem Cern - aus dem Verkehr zu ziehen, die den Vatikan in die Luft sprengen sollte.

Was Brown in seiner Fantasie kreierte, ist Experten zufolge in Wirklichkeit gar nicht möglich: Für eine Bombe mit der Sprengkraft der Atombombe von Hiroshima würde es mit der gegenwärtigen Technologie wegen des enormen Energieaufwands 75 Milliarden Jahre dauern, die nötigen 0,5 Gramm Antimaterie herzustellen, wie Ulmer erklärt. 

Bei dem anstehenden Transport geht es um eine Menge, die vor der Ziffer noch 24 Nullen hinter dem Komma hat. «Gefahrenfantasien, wie sie in Hollywoodfilmen produziert werden, sind wissenschaftlich nicht unterlegt», sagt Husemann.

Das teuerste Material der Welt

Seit 1986 gelingt es am Cern - wo der Urknall, also der Beginn des Universums, simuliert wird - produzierte Antimaterie-Teilchen so zu entschleunigen, dass sie gespeichert werden können. Der Energiebedarf macht Antimaterie zum teuersten Material der Welt, deshalb werden nur winzigste Mengen produziert. Ein Gramm Antiprotonen würde Ulmer zufolge mehrere Billiarden US-Dollar kosten. Für die Präzisionsmessungen in Teilchenfallen werden nur wenige Teilchen benötigt. «Wir haben in einem Jahr Messzeit nur drei Antiprotonen verbraucht», sagt Ulmer. 

Antimaterie dürfte vielen Menschen vor allem deshalb unheimlich sein, weil sie eine Art Spiegelversion von Materie ist: Bei Kontakt vernichten sie sich gegenseitig. «Wenn ein Antiproton auf ein Proton stößt, ist nichts mehr da, sie zerstrahlen in Lichtblitzen», erklärt Ulmer. Aus Protonen, aus Materie allgemein, bestehen aber die Menschen und das gesamte Universum. Ist Antimaterie da nicht eine Riesengefahr?

Das Rätsel: Warum existiert der Mensch, warum das Universum?

Die Sache ist: Es gibt im Universum zwar Antiteilchen, aber sie sind extrem selten. Warum es den gigantischen Materie-Überschuss gibt, ist eine der größten Fragen der Teilchenphysik. Beim Urknall müsste nach bisherigem physikalischem Wissen gleich viel Materie und Antimaterie entstanden sein. Warum ist nicht alles in Lichtblitzen zerstrahlt? «Dass wir existieren, steht im Widerspruch zum Standardmodell der Teilchenphysik», sagt Ulmer.

Dieses Rätsel wollen Physikerinnen und Physiker lösen. Sind Materie und Antimaterie abgesehen von der entgegengesetzten Ladung doch nicht identisch? Mit bisherigen Messverfahren wurde noch kein Unterschied entdeckt. Deshalb werden nun Labore gebaut, die 1.000-mal präziser messen können als am Cern, wo die Teilchenbeschleuniger hohe sogenannte Magnetfeldfluktuationen erzeugen, die die Messungen stören.

«Keine Gefahr für Menschen»

Für den Transport haben Smorra, Ulmer und ihr Team eine Art elektromagnetischen Container entwickelt, eine sogenannte Penning-Falle. «Die Falle selbst sieht aus wie ein Stapel aus Fingerringen», erklärt Smorra. Innendurchmesser etwa ein Zentimeter, rund drei Zentimeter lang. Dazu kommt ein supraleitender Magnet, in dem die Teilchen bei minus 268 Grad in einem Hoch-Vakuum schwingen. Insgesamt wiegt der Container rund 800 Kilogramm - für den Transport ist deshalb ein Lastwagen nötig.

Die Physiker können mit Instrumenten live überwachen, ob die Teilchen während der Fahrt noch in der Penning-Falle sind. Ungünstig wären ein Zusammenstoß oder ein tiefes Schlagloch: Bei zu starken Schwingungen könnten die Teilchen entweichen. Gefahr für das Umfeld würde das den Experten zufolge nicht bedeuten. 

Die gegenseitige Vernichtung von Materie und Antimaterie fände in einem so minimalen Bereich statt, dass das kaum messbar, geschweige denn sichtbar wäre, erklärt Ulmer. Husemann betont: «Von dem Transport geht bei der minimalen Menge an Antimaterie-Teilchen keinerlei Gefahr für die Menschen aus, die an der Straße stehen.» 

Wenn alles gut geht, soll der erste Transport über die Autobahn von Genf nach Düsseldorf - etwa 780 Kilometer - vielleicht 2029 stattfinden.