Am Large Hadron Collider (LHC) des CERN finden Kollisionen statt, bei denen für den Bruchteil einer Sekunde die Bedingungen, die unmittelbar nach dem Urknall herrschten, wieder gegeben sind. Die Physiker suchen in der entstehenden Teilchenflut nach den seltsamsten Teilchen, um mit ihnen die Grenzen unserer Physik zu erforschen. Und die Forscher des A Large Ion Collider Experiment (ALICE) haben vor kurzem ein ziemlich seltsames Teilchen gefunden.
In einer Publikation, deren Ergebnisse zur Begutachtung anstehen, beschreiben die Autoren den Nachweis von Antihyperbolic-4. Um den Science-Fiction-Namen zu verstehen, sollten wir einen Schritt zurückgehen: Helium ist das zweitleichteste und zweithäufigste Element im Universum, dessen Kern aus zwei Protonen und zwei Neutronen besteht und von zwei Elektronen umgeben ist. Elektronen sind Elementarteilchen, das heißt, sie können nicht in noch kleinere Teilchen zerlegt werden. Protonen und Neutronen sind das nicht, denn sie bestehen jeweils aus drei Quarks. Protonen bestehen aus zwei up-Quarks und einem down-Quark, Neutronen aus einem up-Quark und zwei down-Quarks.
Es gibt jedoch noch vier weitere Arten von Quarks. Eines davon wird strange quark genannt und ist eine schwerere Version des le quark. Wenn man ein Strange-Quark mit zwei anderen Quarks zusammenbringt, erhält man ein Hyperon, ein Teilchen, das einem Neutron oder Proton ähnelt, aber schwerer ist als dieses. Diese Hyperonen sind instabil, aber sie können lange genug existieren, um sich mit Protonen und Neutronen zu verbinden. Hyperbel-4 besteht aus zwei Protonen, einem Neutron und einem Hyperon, Lambda genannt, das sich aus einem up-Quark, einem down-Quark und einem strange-Quark zusammensetzt.
Als wäre das alles nicht schon kompliziert genug, haben die Forscher in dem neuen Experiment nicht die Existenz von Hyperhelium-4 nachgewiesen, sondern das Vorhandensein seines Antimaterie-Gegenstücks, Anti-Hyperhelium-4, das aus zwei Antiprotonen, einem Antineutron und einem Antilambda besteht. Genauer gesagt wurden die Zerfallsprodukte von Antihyperhelium-4 beobachtet, nämlich ein Antihyperhelium-3-Kern, ein Antiproton und ein geladenes Pion. Dies ist der erste Nachweis für den schwersten Antimaterie-Hypernukleus, der bisher am LHC gefunden wurde.
Letztes Jahr gaben die LHC-Forscher die Entdeckung des leichtesten bekannten Hypernukleus, des Hypertritons, und seines Antimaterie-Gegenstücks, des Antihypertritons, bekannt. Anfang dieses Jahres erzeugte die STAR-Kollaboration im Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) Antihyperwasserstoff-4 (ein Antiproton, zwei Antineutronen und ein Antilambda), das etwas leichter als Antihyperwasserstoff-4 ist. Die ALICE-Forscher fanden unter anderem auch Hinweise auf die Existenz von Antiwasserstoff-4.
Mit dieser Art von Forschung sollen einige grundlegende Fragen über die Natur des Universums beantwortet werden. Nach den Gesetzen der Physik sind Materie und Antimaterie gleich, nur ihre elektrischen Ladungen sind entgegengesetzt - und doch besteht das Universum überwiegend aus Materie. Irgendetwas muss also die Materie gegenüber der Antimaterie begünstigt haben. Die Teilchendaten haben jedoch bisher keine Diskrepanz zwischen dem erwarteten Verhalten von Materie und Antimaterie gezeigt, so dass die Forschung fortgesetzt wird.
