Für Experten: Antiteilchen

Zu jedem Materieteilchen gibt es ein Teilchen, das exakt dieselbe Masse besitzt aber jeweils gegenteilige ladungsartige Quantenzahlen – das sind innere Eigenschaften der Teilchen, zum Beispiel die elektrische Ladung oder die Farbladung der Quarks. Diese Teilchen nennt man die zugehörigen Anti-Teilchen.

1928 wurde die Existenz von Anti-Materie von Paul Dirac vorhergesagt. 1932 konnte das Anti-Elektron (Positron) zum ersten Mal experimentell nachgewiesen werden. Heute wissen wir, dass es zu jedem Teilchen ein Antiteilchen gibt, zum Beispiel Anti-Quarks, Anti-Neutrinos oder Anti-Elektronen.

In Kürze

• Zur Kennzeichnung des Anti-Teilchen benutzt man normalerweise einen Querstrich über dem Teilchensymbol
• Ein Anti-Teilchen kann nie isoliert erzeugt werden. Es entsteht stets ein Teilchen-Anti-Teilchen-Paar
• Trifft ein Materieteilchen auf sein Anti-Teilchen vernichten sie sich (Paarvernichtung oder Annihilation) und es entsteht Energie
• Elektron-Positron-Annihilation wird in der Medizin benutzt, um zum Beispiel Tumore sichtbar zu machen (Positron-Emissionstomographie, PET)
• Es gibt Teilchen, die ihre eigenen Anti-Teilchen sind, z.B. das Photon oder das neutrale J/Psi (ein gebundener Zustand von einem charm Quark und einem anti-charm Quark)

In der frühen Entstehungsphase unseres Universums, Sekundenbruchteile nach dem Urknall, standen die Erzeugung und die Vernichtung von Teilchen in einem Gleichgewicht. Das heisst, Teilchen und Anti-Teilchen-Paare wurden erzeugt und annihilierten wieder. Das Universum dehnte sich aus und kühlte dabei ab. Nach wenigen Sekunden war das Universum soweit abgekühlt, dass die Energie nicht mehr reichte, um neue Teilchen-Anti-Teilchen-Paare zu erzeugen.
Dabei müsste sich sich alle Materie und Antimaterie vernichtet haben. Wir beobachten heute ein Universum, das nur aus normaler Materie, also kann die Vernichtung nicht vollständig gewesen sein. Man vermutet, dass es Zerfälle von Teilchen gab, die etwas mehr Materie als Antimaterie erzeugt haben. Aus dem kleinen Überschuss von Materie - etwa 1 Materieteilchen auf 1'000'000'000 Teilchen, die vernichtet wurden - bildete sich die gesamte heute sichtbare Materie des Universums.

Bis heute ist es nicht verstanden, woher die Materie-Antimaterie-Asymmetrie im Universum stammt. Dies ist Gegenstand aktueller Forschung am CERN, speziell am LHCb Experiment.