Neue Unterschiede zwischen Materie und Antimaterie

Heute, am 2. August 2004, haben Teilchenphysiker aus Großbritannien und der ganzen Welt, die am BABAR-Experiment im Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) in den USA arbeiten, aufregende neue Ergebnisse angekündigt, die einen dramatischen Unterschied im Verhalten von Materie und Antimaterie zeigen. Ihre Entdeckung kann helfen zu erklären, warum das Universum, in dem wir leben, von Materie dominiert wird, anstatt zu gleichen Teilen Materie und Antimaterie zu enthalten.

Der PEP-II-Beschleuniger von SLAC kollidiert mit Elektronen und ihren Antimaterie-Gegenstücken, Positronen, um eine Fülle exotischer Paare von schweren Teilchen und Antiteilchen zu erzeugen, die als B- und Anti-B-Mesonen bekannt sind. Diese seltenen Formen von Materie und Antimaterie sind kurzlebig und zerfallen wiederum in andere leichtere subatomare Partikel wie Kaonen und Pionen, die im BABAR-Experiment zu sehen sind.

„Wenn es keinen Unterschied zwischen Materie und Antimaterie gäbe, würden sowohl das B-Meson als auch das Anti-B-Meson genau das gleiche Zerfallsmuster aufweisen. Unsere neue Messung zeigt jedoch stattdessen ein Beispiel für einen großen Unterschied in den Abklingraten. “ sagte Marcello Giorgi vom SLAC der Universität Pisa und INFN, Sprecher von BABAR.

Durch Durchsuchen der Zerfälle von mehr als 200 Millionen Paaren von B- und Anti-B-Mesonen haben Experimentatoren eine bemerkenswerte Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie entdeckt. "Wir fanden 910 Beispiele für das B-Meson, das in ein Kaon und ein Pion zerfällt, aber nur 696 Beispiele für das Anti-B", erklärte Giorgi. „Die neue Messung ist in hohem Maße ein Ergebnis der hervorragenden Leistung des PEP-II-Beschleunigers von SLAC und der Effizienz des BABAR-Detektors. Der Beschleuniger arbeitet jetzt mit der dreifachen Konstruktionsleistung und BABAR kann etwa 98% der Kollisionen aufzeichnen. “

Während BABAR und andere Experimente zuvor Asymmetrien zwischen Materie und Antimaterie beobachtet haben, ist dies das erste Mal, dass ein Unterschied durch einfaches Zählen der Anzahl der Zerfälle von B- und Anti-B-Mesonen in denselben Endzustand festgestellt wurde. Dieser Effekt wird als direkte CP-Verletzung bezeichnet und beträgt 13%. Ein ähnlicher Effekt tritt bei Zerfällen von Kaons und AntiKaons auf, jedoch nur bei 4 Teilen in einer Million!

„Dies ist ein starkes, überzeugendes Signal für eine direkte CP-Verletzung bei B-Zerfällen, eine Art von Materie-Antimaterie-Asymmetrie, die erwartet wurde, aber bisher nicht beobachtet wurde. Mit dieser Entdeckung kommt das vollständige Muster der Materie-Antimaterie-Asymmetrien zu einem kohärenten Bild zusammen. Ich bin sehr aufgeregt und erfreut, als einer meiner Doktoranden, Carlos Chavez, der derzeit am SLAC arbeitet, direkt beteiligt war. “ sagte Christos Touramanis von der Universität von Liverpool.

Dan Bowerman, ein Mitglied des BABAR-Teams vom Imperial College, fügt hinzu: „Als das Universum mit dem Urknall begann, wurden Materie und Antimaterie in gleichen Mengen erzeugt. Alle Beobachtungen zeigen jedoch, dass wir in einem Universum leben, das nur aus Materie besteht. Wir müssen uns also fragen, was mit der Antimaterie passiert ist. Die Arbeit bei BABAR bringt uns der Beantwortung dieser Frage näher. “

Subtile Unterschiede zwischen dem Verhalten von Materie und Antimaterie müssen für das Ungleichgewicht zwischen Materie und Antimaterie verantwortlich sein, das sich in unserem Universum entwickelt hat. Unser derzeitiges Wissen über diese Unterschiede ist jedoch unvollständig und unzureichend, um die beobachtete Materiedominanz zu erklären. CP-Verletzung ist eine der drei Bedingungen, die der russische Physiker Andrei Sacharow umrissen hat, um das beobachtete Ungleichgewicht von Materie und Antimaterie im Universum zu erklären.

Professor Ian Halliday, Vorstandsvorsitzender des Forschungsrats für Teilchenphysik und Astronomie, der die Teilnahme Großbritanniens an BABAR finanziert, sagte: „Wir verstehen immer noch nicht vollständig, wie sich das von der Materie dominierte Universum, in dem wir leben, entwickelt hat. Dieses neue Ergebnis und kürzlich durchgeführte Messungen in BABAR und anderen Experimenten auf der ganzen Welt haben unser Verständnis auf diesem Gebiet jedoch erheblich erweitert. Zu diesem grundlegenden Thema gibt es noch viel zu entdecken und zu lernen. “

Originalquelle: PPARC-Pressemitteilung

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