Das Universum, das wir kennen, dürfte eigentlich so gar nicht existieren. Gängige Theorien gehen davon aus, dass beim Urknall Materie und Antimaterie gleichermaßen vorhanden waren. Doch wäre das so gewesen, hätten Materie und Antimaterie sich gegenseitig vernichten müssen – und das innerhalb von Sekundenbruchteilen. Das war aber nicht der Fall. Ein großes Rätsel, das von vielen weiteren erforscht wird. Warum gibt es keine Antimaterie im Universum?
Antimaterie im Universum: Darum suchen wir vergeblich
Als Begründung wird oftmals der Mechanismus der Symmetrieverletzung genannt. Er soll der Grund sein, wieso die Materie im Universum überlebt hat. In einer schwachen Ausprägung konnte ein Asymmetrieeffekt allerdings nur bei Quark-Antiquark-Paaren erkannt werden, die sogenannte Mesonen. Ein japanisches Forscherteam konnte nun auch eine solche Entwicklung bei Neutrinos feststellen, die ebenfalls zwischen Materie und Antimaterie unterscheiden.
Sollte sich dies bewahrheiten, wäre man dem Rätsel der fehlenden Antimaterie auf die Spur gekommen. Physiker gingen lange davon aus, dass die Naturgesetze Materie und Antimaterie gleichwertig behandeln würden. Mittlerweile wissen wir aber, dass bei der Symmetrieverletzung die schwache Wechselwirkung ausschlaggebend ist. Aufgrund der verschiedenen Arten von Quarks in den Mesonen, wird die CP-Symmetrie verletzt. Dadurch ändern sich physikalische Prozesse. Teilchen werden durch ihre Antiteilchen ersetzt. Doch dieser Effekt ist so gering, dass sich daraus nicht der Überschuss an Materie im Universum erklären lässt.
Forscher untersuchen Neutrinos seit Jahren
Diese CP-Verletzung wird schon lange bei Neutrinos gesucht. Sie gehören zu den Grundbausteinen der Materie und unterliegen der schwachen Kraft. Neutrinos, auch Geisterteilchen genannt, können jegliche Materie durchdringen. Im Flug können sie zwischen ihren drei Varianten, dem Elektron-, dem Myon- und dem Tau-Neutrino, wechseln. Diese Eigenschaft lässt vermuten, dass Neutrinos die CP-Symmetrie verletzten.
Seit über zehn Jahren untersuchen nun japanische Wissenschaftler das Neutrino. Der Detektor Super-Kamiokande ist mit 50.000 Tonnen reinem Wasser gefüllt. Zum Schutz vor Höhenstrahlung befindet sich der Detektor in einem Bergwerk unter der Erde. Damit lassen sich Elektron-Neutrinos bestimmen. Zudem kann bestimmt werden, wie oft sich das Neutrino während des Fluges dorthin verwandelt hat. Von einem 295 Kilometer entfernten Ort werden die Geisterteilchen abgefeuert. Nur ein kleine Menge der ankommenden Teilchen hinterlässt Spuren im Wassertank.
Die Erklärung der fehlenden Antimaterie?
Anhand der Daten konnten die Forscher eine auffällige Asymmetrie feststellen. Die Zahl der Elektron-Neutrinos ist höher als erwartet, doch die der Antiteilchen liegt unter den Erwartungen. Es besteht daher eine Symmetrieverletzung beim Neutrino. Die Forscher gehen von einer Wahrscheinlichkeit von 99,7 Prozent aus, dass die Symmetrie der Materie und Antimaterie bei Neutrinos verletzt ist. Ausreichend ist das Ergebnis noch lange nicht, aber immerhin ein Fortschritt. Die Forschung der japanischen Wissenschaftler ist ein wichtiges Indiz, um das Ungleichgewicht von Materie und Antimaterie im Universum zu erklären.
Viele Theoretiker gehen davon aus, dass Neutrinos die Geburtshelfer der baryonischen Materie sind. Die Vorgänger waren die sogenannten sterilen Neutrinos. Ein komplizierter Prozess, die sogenannte Leptogenese, soll schließlich für das Ungleichgewicht zwischen Materie und Antimaterie gesorgt haben. Heute können die sterilen Neutrinos nicht mehr nachgewiesen werden. Sie sollen Teil der Dunklen Materie sein. Weitere Theorien glauben daran, dass das Geisterteilchen für die Entstehung des Menschen verantwortlich ist. Aus diesem Grund dürfte unser Universum nicht existieren.