Teilchenphysik: Effiziente Gewinnung von Antiprotonen
Yasunori Yamazaki und seine Kollegen von der japanischen Forschungseinrichtung Riken und der Universität in Tokio konnten mit einer neuen Anlage gut fünfzigmal mehr Antiprotonen erzeugen als mit bislang herkömmlichen Techniken.
Antiprotonen sind die Antimaterie zu den Protonen. Sie besitzen die entgegengesetzte Ladung der Protonen und zerstrahlen bei Kontakt mit diesen vollständig in reine Energie. Die Wissenschaftler erhoffen sich von der Erforschung dieser Korpuskel die Beantwortung grundlegender Fragen der Natur, beispielsweise warum es sie im Universum kaum gibt, obwohl sie bei allen physikalischen Prozessen nahezu gleich häufig entstehen wie die normale Materie.
Herkömmlicherweise erzeugen Physiker Antiprotonen, indem sie hoch beschleunigte Teilchen – vorzugsweise Protonen – mit großer Wucht auf eine dünne Folie schießen. Dabei entstehen neben vielen anderen Partikeln ebenso Antiprotonen. Diese lenken die Wissenschaftler in einen speziellen Speicherring, der den Teilchen im Gegensatz zu gängigen Maschinen Bewegungsenergie entzieht, denn für viele Präzisionsmessungen benötigen die Forscher langsame, das heißt "kalte" Antiprotonen. Schließlich werden die Antiprotonen zum weiteren Abkühlen erneut auf eine – diesmal aber kalte – Folie gelenkt. Diesen Aufprall überlebt jedoch weniger als jedes tausendste Teilchen.
Yamazaki und sein Team verzichten auf die zweite, kalte Folie. Sie verwenden dagegen einen speziell entwickelten Hochfrequenz-Quadrupol, mit dem sie die Antiprotonen abbremsen. Quadrupole sind typische Elemente von Beschleunigeranlagen. Sie dienen normalerweise zum Bündeln der Teilchenstrahlen und arbeiten mit Gleichstrom. Mit Hilfe eines gut vier Meter langen Gerätes dieser Art gelang es dem Team nun jeweils über eine Million Antiprotonen auf eine Energie zwischen 10 000 und 120 000 Elektronenvolt abzukühlen und in einer Ionenfalle einzusperren.
Mit den so gefangenen Teilchen lässt sich beispielsweise Anitwasserstoff herstellen, um zu testen, ob er sich ähnlich verhält wie normaler Wasserstoff. Da die Antiprotonen negativ geladen sind, ist es sogar denkbar, dass sie ein Elektron in der Hülle eines normalen Atoms ersetzen. Es würde zwar in kürzester Zeit in den Atomkern spiralen, doch erhoffen sich die Wissenschaftler davon neue Erkenntnisse über den Aufbau der Nukleonen.
Antiprotonen sind die Antimaterie zu den Protonen. Sie besitzen die entgegengesetzte Ladung der Protonen und zerstrahlen bei Kontakt mit diesen vollständig in reine Energie. Die Wissenschaftler erhoffen sich von der Erforschung dieser Korpuskel die Beantwortung grundlegender Fragen der Natur, beispielsweise warum es sie im Universum kaum gibt, obwohl sie bei allen physikalischen Prozessen nahezu gleich häufig entstehen wie die normale Materie.
Herkömmlicherweise erzeugen Physiker Antiprotonen, indem sie hoch beschleunigte Teilchen – vorzugsweise Protonen – mit großer Wucht auf eine dünne Folie schießen. Dabei entstehen neben vielen anderen Partikeln ebenso Antiprotonen. Diese lenken die Wissenschaftler in einen speziellen Speicherring, der den Teilchen im Gegensatz zu gängigen Maschinen Bewegungsenergie entzieht, denn für viele Präzisionsmessungen benötigen die Forscher langsame, das heißt "kalte" Antiprotonen. Schließlich werden die Antiprotonen zum weiteren Abkühlen erneut auf eine – diesmal aber kalte – Folie gelenkt. Diesen Aufprall überlebt jedoch weniger als jedes tausendste Teilchen.
Yamazaki und sein Team verzichten auf die zweite, kalte Folie. Sie verwenden dagegen einen speziell entwickelten Hochfrequenz-Quadrupol, mit dem sie die Antiprotonen abbremsen. Quadrupole sind typische Elemente von Beschleunigeranlagen. Sie dienen normalerweise zum Bündeln der Teilchenstrahlen und arbeiten mit Gleichstrom. Mit Hilfe eines gut vier Meter langen Gerätes dieser Art gelang es dem Team nun jeweils über eine Million Antiprotonen auf eine Energie zwischen 10 000 und 120 000 Elektronenvolt abzukühlen und in einer Ionenfalle einzusperren.
Mit den so gefangenen Teilchen lässt sich beispielsweise Anitwasserstoff herstellen, um zu testen, ob er sich ähnlich verhält wie normaler Wasserstoff. Da die Antiprotonen negativ geladen sind, ist es sogar denkbar, dass sie ein Elektron in der Hülle eines normalen Atoms ersetzen. Es würde zwar in kürzester Zeit in den Atomkern spiralen, doch erhoffen sich die Wissenschaftler davon neue Erkenntnisse über den Aufbau der Nukleonen.
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