Weltpremiere beim Cern in Genf

„Illuminati“ lässt grüßen: Wenn Antimaterie auf Reisen geht

Antimaterie: Diese geheimnisvolle Substanz des Universums beflügelt die Fantasie und schürt gleichzeitig bei vielen Menschen Ängste. Nun soll sie erstmals auf der Straße transportiert werden. Droht der Weltuntergang?

Von Markus Brauer/Christiane Oelrich (dpa)

„Der Zylinder enthält eine extrem brennbare Substanz, genannt Antimaterie. Wir müssen ihn sofort aufspüren oder die Vatikanstadt evakuieren“, warnt Vittoria Vetra. Die Physikerin befürchtet, dass eine Antimaterie-Bombe kurz vor der Detonation steht. „Das wäre apokalyptisch: Eine grelle Explosion mit der Kraft von fünf Kilotonnen!“ Der Kunsthistoriker Robert Langdon erwidert: „Vatikanstadt wird verschlungen vom Licht.“

Endzeit-Szenario in „Illuminati“

Dieser kurze Dialog aus dem US-Kinofilm „Illuminati“ zeigt: Antimaterie ist massentauglich geworden. In dem im Jahr 2000 erschienenen Thriller von US-Autor Dan Brown und seiner Verfilmung aus dem Jahr 2009 plant der Geheimorden der Illuminaten, den Vatikan in die Luft zu sprengen – mit einem Viertel Gramm Antimaterie. Das entspräche einem Viertel der Vernichtungskraft der Hiroshima-Atombombe.

Dan Brown ist bei seinem Endzeit-Szenario allerdings die Fantasie durchgegangen. Denn aus naturwissenschaftlicher Sicht ist die „Illuminati“-Idee absolut utopisch. Selbst mit allem Geld der Welt könnte niemand so viel Antimaterie herstellen oder speichern.

Hinzu kommt: 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. Also alles Hirngespinste. Oder etwa doch nicht?

Platz da, hier kommt Antimaterie!

Erstmals in der Geschichte der Menschheit sollen am Dienstag (24. März) Antiteilchen auf der Straße in einem Lkw transportiert werden. Warum? Nur 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.“

2024: Erste Transportbox für Antiteilchen

Im Dezember 2024 gab das Cern bekannt, dass Teilchenphysiker erstmals eine Transportbox für Antimaterie konstruiert hätten – also eine Art mobile Magnetfalle für Antiprotonen.

In ihr hält ein supraleitender Magnet die Antiteilchen in einer Vakuumkammer in der Schwebe und verhindert so ihre Auslöschung durch Materiekontakt. Mit diesem System soll bald Antimaterie vom Forschungszentrum Cern in Labore in ganz Europa gebracht werden – eine weltweite Premiere.

Cern – einziger Speicherort für Antiprotonen

100 bis 1000 Antiprotonen sollen auf Reisen gehen, fünf Kilometer weit, ausschließlich auf dem Gelände des Europäischen Kernforschungszentrums Cern (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, zu Deutsch: Europäischer Rat für Nuklearforschung) in Genf. Klappt der Test, soll das Material später per Lkw zu Laboren in Düsseldorf, Hannover und Heidelberg gebracht werden.

Die Bedeutung des Experiments 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“, erklärt Ulrich Husemann, Direktor für Teilchenphysik am Forschungszentrum Desy in Hamburg und selbst nicht an dem Transportexperiment beteiligt. Ziel sei es, die Grundlagen des Universums und unserer Existenz besser zu verstehen.

Thriller-Spezialist Dan Brown und Hollywood haben eine Antimaterie-Horrorvision kreiert, die bei vielen Menschen Ängste hervorgerufen haben. 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.

Bei dem anstehenden Transport geht es um eine Menge, die vor der Ziffer noch 24 Nullen hinter dem Komma hat. „Gefahren-Fantasien, wie sie in Hollywoodfilmen produziert werden, sind wissenschaftlich nicht unterlegt“, erklärt Husemann in der nüchternen Sprache der Wissenschaft.

Teuerstes Material der Welt

Seit dem Jahr 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, weshalb nur winzigste Mengen produziert werden.

Ein Gramm Antiprotonen würde Ulmer zufolge mehrere Billiarden Euro kosten. Für die Präzisionsmessungen in Teilchenfallen werden nur wenige Teilchen benötigt. „Wir haben in einem Jahr Messzeit nur drei Antiprotonen verbraucht“, berichtet der Physiker.

Was ist Antimaterie?

Antimaterie wird den meisten rätselhaft und unheimlich erscheinen, weil sie eine Art Spiegelversion von Materie ist. Bei Kontakt vernichten sich beide gegenseitig. „Wenn ein Antiproton auf ein Proton stößt, ist nichts mehr da, sie zerstrahlen in Lichtblitzen“, erläutert Ulmer. Aus Protonen, aus Materie allgemein, bestehen aber die Menschen und das gesamte Universum. Ist Antimaterie da nicht eine Riesengefahr?

Obwohl beim Urknall gleiche Mengen Materie (Teilchen) und Antimaterie (Antiteilchen) entstanden waren, dominiert im heutigen Universum die Materie. Aber warum ist das so? Der gigantische Materie-Überschuss ist eine der größten Fragen der Teilchenphysik.

Eine mögliche Erklärung wären subtile Unterschiede in den Merkmalen von Teilchen und ihren Antiteilchen – eine sogenannte Asymmetrie, wie Physiker dieses Phänomen nennen.

Materie und Antimaterie

Doch bisher suchen Wissenschaftler vergeblich nach einer solchen Verletzung der physikalischen Symmetrie. Weder bei einfachen Anti-Teilchen wie dem Positron oder Anti-Proton noch bei Anti-Atomen wie dem Anti-Wasserstoff oder Anti-Helium zeigten sich bisher signifikante Unterschiede zur normalen Materie.

Allerdings ist die Auswahl an Antimaterie-Versuchsobjekten auch sehr begrenzt: Seit dem ersten Nachweis des Positrons im Jahr 1932 haben Physiker erst neun verschiedene Antimaterie-Atombausteine und -Atomkerne entdeckt. Keiner davon war schwerer als Antihelium-4 – ein Atomkern aus zwei Anti-Protonen und zwei Anti-Neutronen.

Warum existiert das Universum?

Gehen wir der Sache noch weiter auf den Grund: Es gibt im Universum zwar Anti-Teilchen, aber sie sind extrem selten. Wenn beim Urknall/Big Bang nach bisherigem physikalischem Wissen die entstandene Materie und Antimaterie austariert war, warum hat sich dann nicht alles in Lichtblitzen aufgelöst? „Dass wir existieren, steht im Widerspruch zum Standardmodell der Teilchenphysik“, konstatiert Ulmer.

Dieses Rätsel aller Rätsel wollen Physiker endlich lösen. Sind Materie und Antimaterie, abgesehen von der entgegengesetzten Ladung, nicht doch identisch? Mit den bisherigen Messverfahren wurde noch kein Unterschied entdeckt. Deshalb werden nun Labore gebaut, die 1000-mal präziser messen können als am Cern, wo die Teilchenbeschleuniger hohe sogenannte Magnetfeld-Fluktuationen erzeugen, welche die Messungen stören.

Was ist eine Penning-Falle und wozu dient sie?

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.

Anders als bei Dan Brown: „Keine Gefahr für Menschen“

Die Physiker können mit speziellen Instrumenten live überwachen, ob die Teilchen während der Fahrt noch in der Penning-Falle gefangen sind. Ungünstig wären ein Zusammenstoß oder ein tiefes Schlagloch: Bei zu starken Schwingungen könnten die Teilchen entweichen. Gefahr für das Umfeld und Menschen 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, erläutert Ulmer.

Husemann stellt fest: „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.