Teilchen und ihre Antiteilchen weisen entgegengesetzte Eigenschaften auf, etwa bei der elektrischen Ladung. Das Antiteilchen des negativ geladenen Elektrons ist das positiv geladene Positron. Jeder bekannte physikalische Prozess erzeugt dabei gleiche Mengen an Materie und Antimaterie.
Wenn ein Teilchen jedoch auf sein Antiteilchen trifft, vernichten sie sich gegenseitig und erzeugen hochenergetische Photonen. Das Universum sollte daher nur aus Photonen bestehen – ohne Materie oder Antimaterie. Tatsächlich enthält es jedoch ausreichend Materie für etwa zwei Billionen Galaxien und, soweit wir wissen, keinerlei Antimaterie.
Ein entscheidender Hinweis auf das Schicksal der Antimaterie liefert die kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung, das 'Nachglühen' des Urknalls. Sie umfasst rund 10 Milliarden Photonen pro Materieteilchen im heutigen Universum. Das deutet darauf hin, dass beim Urknall für jedes Materieteilchen 10 Milliarden Antimaterieteilchen existierten, die sich nach der Vernichtung in Photonen umwandelten.
Physiker suchen seit Langem nach einer subtilen Asymmetrie in den Naturgesetzen, die diesen Materieüberschuss erklärt. Ein vielversprechender Ansatz liegt im Verhalten von Neutrinos.
Neutrinos sind gespenstische, subatomare Teilchen, die kaum mit Materie wechselwirken. (Halten Sie Ihren Daumen hoch: Pro Sekunde durchdringen etwa 100 Milliarden Neutrinos aus Sonnenkernreaktionen Ihren Nagel.) Sie existieren in drei Typen und wechseln sich oszillierend aus: vom Elektron-Neutrino zum Myon-Neutrino, Tau-Neutrino und zurück.
Seit 2016 untersucht das T2K-Experiment in Japan, ob Neutrinos und Antineutrinos unterschiedlich agieren. Dazu erzeugen Forscher in Tokai Myon-Neutrino- und Myon-Antineutrino-Strahlen, die sie über 295 km zum unterirdischen Super-Kamiokande-Detektor schicken.
Bisher ergaben die Messungen mehr Elektron-Neutrinos und weniger Elektron-Antineutrinos als erwartet – ein Hinweis auf asymmetrisches Verhalten. Dieser Effekt ist schwach und bedarf Bestätigung, könnte aber den Schlüssel zum materiedominierten Universum liefern.
Neutrinos besitzen zu wenig Masse, um das Universum direkt zu prägen. Wichtig ist jedoch ihr chiraler Spin: Sie rotieren nur 'linksrum'. Physiker spekulieren, dass Neutrinos und Antineutrinos beim Urknall superschwere Partner mit entgegengesetztem Spin hatten.
Diese ultramassiven Teilchen hätten sich nur unter Urknallsbedingungen bilden können und wären rasch in bekannte Teilchen zerfallen. Dabei hätten sie eine Asymmetrie eingeführt: 10 Milliarden plus ein Materieteilchen pro 10 Milliarden Antimaterie – genau passend zu unserem Universum aus reiner Materie.
Weiterlesen:
- Was ist dunkle Materie?
- Haben subatomare Teilchen eine Farbe?
- Was ist das kleinste Teilchen?
- Was ist das Standardmodell?