Pressemitteilung Nr. 014/2026 der Leibniz Universität Hannover Erstmals Antiprotonen transportiert
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Pressemitteilung Nr. 014/2026 der Leibniz Universität Hannover
Erstmals Antiprotonen transportiert
Erfolg am CERN ebnet Weg für den Transport von Antimaterie auch an die LUH
Am europäischen Kernforschungszentrum CERN in Genf wurden heute erstmals Antiprotonen in einer speziell dafür konstruierten Falle über das dortige Gelände transportiert. Diese Weltpremiere ist ein großer Erfolg für die BASE-Kollaboration an der auch die Leibniz Universität Hannover (LUH) beteiligt ist. Es ist der erste Schritt auf dem Weg zum Transport von Antimaterie an andere europäische Labore.
Die Antiprotonen wurden in der „Antimateriefabrik“ (AMF) des CERN produziert, der weltweit einzigen Anlage, die diese speziellen Teilchen mit besonders niedriger Energie bereitstellen kann. Dem Forschungsteam von BASE (Baryon Antibaryon Symmetry Experiment) gelang es nun, eine Wolke aus rund 100 Antiprotonen in einer transportablen sogenannten Penning-Falle zu sammeln. Die Falle wurde daraufhin von der stationären Versuchsanlage getrennt, auf einen Lkw verladen, mit diesem über das CERN-Gelände gefahren und schließlich wieder mit der Versuchsanlage verbunden, so dass die Antiprotonen zurückgespeist werden können.
Prof. Dr. Stefan Ulmer, Sprecher von BASE und Lehrstuhlinhaber für Quantentechnologie und Fundamentale Symmetrien an der Heinrich Heine Universität (HHU) Düsseldorf: „Antiprotonen einzufangen und über längere Zeit zu speichern, erfordert einiges an Know-how. Denn Antimaterie zerstrahlt sofort, sobald sie mit Materie in Kontakt kommt. Deshalb müssen die Antiteilchen so mit elektrischen Feldern und Magnetfeldern unter extrem hohem Vakuum gelagert werden, dass sie nicht mit Gasteilchen oder dem Speichergefäß in Kontakt kommen.“
Doch wozu dieser Aufwand? Die BASE-Kollaboration will die Eigenschaften von Antiprotonen, wie beispielsweise ihr intrinsisches magnetisches Moment, präzise vermessen und diese Messergebnisse mit denen des Protons vergleichen. BASE hält seit langem den Rekord, Antiprotonen länger als ein Jahr in ihrem stationären Aufbau an der AMF zu speichern.
Um auf die notwendige Präzision zu kommen, stehen die Physiker aber vor einem Problem: Die Beschleuniger in der AMF am CERN – wo sich BASE befindet – erzeugen Magnetfeldschwankungen, die die erreichbare Genauigkeit einschränken. „Um ein noch tieferes Verständnis der grundlegenden Eigenschaften von Antiprotonen zu erlangen, brauchen wir eine Umgebung mit geringeren Störfeldern. Wir müssen also umziehen. Daher haben wir vor etwa zehn Jahren begonnen, eine transportable Falle zu konzipieren, die wir innerhalb der Kollaboration entwickelt haben“, so Ulmer. Die Weltpremiere am CERN ist für diesen „Umzug“ ein wichtiger Test: Er zeigt, dass es technisch möglich ist, Antiprotonen in andere europäische Labore zu transportieren.
„Wir haben dazu die transportable Falle BASE-STEP entwickelt, um die eingefangenen Antiprotonen an verschiedene Präzisionslabore transportieren zu können: innerhalb des CERN, an die HHU, an die an Leibniz-Universität Hannover und möglicherweise an weitere Labore. Dort sollen die äußerst präzisen Antiprotonenmessungen durchgeführt werden“, erklärt Dr. Christian Smorra, Leiter des Projekts STEP (Symmetry Tests in Experiments with Portable antiprotons). „Im letzten Jahr haben wir die Machbarkeit unseres Konzepts bereits mit Protonen bestätigt. Nun haben wir das gleiche mit Antiprotonen erreicht, ein riesiger Sprung in Richtung unseres Ziels.“
An der Leibniz Universität Hannover betreibt die BASE-Kollaboration ein Penning-Fallen-Labor, das mithilfe von BASE-STEP Antiprotonen aus dem CERN erhalten könnte. „Der erste erfolgreiche Transport von Antimaterie ist wirklich aufregend“, sagt Prof. Dr. Christian Ospelkaus, der das BASE-Team an der Leibniz Universität Hannover und der PTB Braunschweig leitet. „Das bringt uns dem Ziel, Antiprotonen vom CERN zu erhalten, einen bedeutenden Schritt näher. In unserem Labor entwickeln wir Methoden aus dem Kontext von Quantencomputern weiter, um die größtmöglichen Messgenauigkeiten für Präzisionsmessungen an Antiprotonen zu ermöglichen.“
BASE-STEP fängt die Antiteilchen mithilfe magnetischer und elektrischer Felder ein. Die Apparatur wiegt rund 850 kg, sie kann auf einen Lkw verladen werden, passt durch normale Labortüren und hält den Stößen und Vibrationen während des Straßentransports stand. Sie umfasst einen supraleitenden Magneten, eine Kryokühlung mit flüssigem Helium, Energiereserven und eine Vakuumkammer. Damit ist sie wesentlich kompakter als jedes andere bestehende System zur Untersuchung von Antimaterie.
„Bis jetzt haben wir in BASE-STEP Antiprotonen zwei Wochen verlustfrei gespeichert, und wir können die Falle vier Stunden autonom transportieren“, sagt Smorra. „Aber um unser Labor an der HHU zu erreichen, benötigen wir mindestens zehn Stunden. Das bedeutet, dass wir den supraleitenden Magneten der Falle so lange auf einer Temperatur unter 8,2 K (-265 °C) halten müssen.“ Anstelle von flüssigem Helium, das zur Neige gehen kann, bräuchte es dazu einen Generator, um einen Kryokühler auf dem Lkw mit Strom zu versorgen.
Materie, Antimaterie und die Antimateriefabrik AMF
Zu jedem Materie- gibt es ein Antimaterieteilchen. Diese sind zueinander fast identisch, sie unterscheiden sich lediglich im Vorzeichen der Ladung und den magnetischen Eigenschaften. Nach den Gesetzen der Physik hätten im Urknall gleiche Mengen von Materie und Antimaterie entstehen müssen. Aber: Teilchen und Antiteilchen hätten sich auch schnell wieder gegenseitig vernichten müssen, so dass ein leeres Universum übriggeblieben wäre. Das Universum besteht aber aus Materie. Es muss also ein Ungleichgewicht geben, welches den Forschenden seit Jahrzehnten Rätsel aufgibt. Physiker vermuten, dass es verborgene Unterschiede gibt, die erklären können, warum letztlich die Materie überlebte und die Antimaterie verschwand.
Die AMF am CERN ist weltweit der einzige Ort, an dem niederenergetische Antiprotonen erzeugt, gespeichert und untersucht werden können. Zwei sogenannte Abbremsanlagen, der „Antiproton-Decelerator“ (AD) und der „Extra Low ENergy Antiproton Ring“ (ELENA), versorgen mehrere Experimente mit Antiprotonen. Je niedriger die Energie der Antimaterie, desto leichter lässt sie sich zur Untersuchung speichern.
Die BASE-Kollaboration und BASE-STEP
Die 2012 gegründete Kollaboration BASE mit Sitz an der AMF am CERN umfasst Forschungsinstitute in Deutschland, Japan, dem Vereinigten Königreich und der Schweiz. Zu ihr gehören:
- Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Braunschweig
- GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Darmstadt
- Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf
- CERN, Genf
- Leibniz-Universität Hannover
- Max-Planck-Institut für Kernphysik, Heidelberg
- Imperial College London
- Johannes-Gutenberg-Universität Mainz
- RIKEN, Japan
- Universität Tokio
- ETH Zürich
Gründer und Sprecher der Kollaboration ist Prof. Dr. Stefan Ulmer, Lehrstuhl für Quantentechnologie und Fundamentale Symmetrien an der HHU. Im Rahmen der BASE-Kollaboration fördert das ERC das Projekt STEP, in dessen Rahmen die Transportfalle für Antiprotonen entwickelt wurde. Leiter dieses Projekts ist Dr. Christian Smorra.
Weitere Informationen: Webseite von BASE https://base.web.cern.ch
Hinweis an die Redaktion:
Für weitere Informationen steht Ihnen Prof. Christian Ospelkaus, Institut für Quantenoptik der Leibniz Universität Hannover, unter Telefon +49 511 762 17644 oder per E-Mail unter christian.ospelkaus@iqo.uni-hannover.de gern zur Verfügung.
Mechtild Freiin v. Münchhausen, M.A. Leiterin Kommunikation und Marketing Pressesprecherin Referat für Kommunikation und Marketing Leibniz Universität Hannover Welfengarten 1 30167 Hannover Tel.: 0511/762-5342 Fax: 0511/762-5391 kommunikation@uni-hannover.de www.uni-hannover.de