Was Ist Mit Antimaterie Im Atom Smasher?

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Physiker des lhcb-experiments bei europas large hadron collider haben festgestellt, dass eine bestimmte art von materieteilchen gegenüber ihren antimateriepartnern bevorzugt wird.

In der Schweiz verhalten sich Materie- und Antimateriepartikel innerhalb eines gigantischen Atombasers unterschiedlich, wie Physiker heute (24. April) mitteilten. Die Entdeckung könnte dazu beitragen, das Rätsel zu lösen, warum das Universum aus Materie besteht und nicht aus dem seltsamen Geschwister Antimaterie.

Es wird angenommen, dass alle Materieteilchen Antimaterie-Gegenstücke mit der gleichen Masse, aber entgegengesetzter Ladung und Spin haben. Als das Universum vor dem Urknall vor 13,8 Milliarden Jahren entstand, hatte es wahrscheinlich ähnliche Mengen an Materie und Antimaterie. Es wird angenommen, dass der Großteil dieser Antimaterie in Zusammenstößen mit Materie zerstört wurde (wenn sich die beiden treffen, vernichten sie sich gegenseitig), und alles, was heute im Universum übrig bleibt, ist ein kleiner Überfluss an Materie.

Um zu verstehen, warum die Materie die Antimaterie dominiert, suchen die Physiker nach Unterschieden im Verhalten der beiden, die die Diskrepanz erklären könnten. Diese Unterschiede werden als Charge-Parity-Verletzung (CP-Verletzung) bezeichnet, und genau das haben Wissenschaftler im Large Hadron Collider (LHC) in Genf festgestellt. [Whoa! Die coolsten kleinen Partikel der Natur]

In dem 17 Kilometer langen unterirdischen Ring der Maschine beschleunigen sich Protonen und zertrümmern sich ineinander, wodurch ein Schauer von Tochterpartikeln entsteht. Ein Experiment am Collider namens LHCb (es steht für "LHC beauty") untersucht diese Tochterpartikel auf Anzeichen einer CP-Verletzung, die zur Aufklärung der Natur von Antimaterie beitragen könnte.

Das LHCb-Team steht vor seinem Experiment, dem LHCb-Detekor, beim Large Hadron Collider in Genf.

Das LHCb-Team steht vor seinem Experiment, dem LHCb-Detekor, beim Large Hadron Collider in Genf.

Bildnachweis: CERN / Maximilien Brice, Rachel Barbier

Nach der Analyse von etwa 70 Billionen Proton-Proton-Kollisionen stellte LHCb fest, dass ein Teilchen namens B_s-Meson etwas häufiger in seiner Materieform als in seinem Antimaterie-Gegenstück erzeugt wurde. B_s (ausgesprochen ("B-sub-S") - Mesonen bestehen aus unteren Quarks und seltsamen Anti-Quarks, wohingegen Antimaterie-B_s-Mesonen ein Antimaterie-Bottom-Quark und ein fremdartiges Quark aufweisen ("bottom" und "seltsam" sind zwei Geschmacksrichtungen von) Quarks und Anti-Quarks sind die Antimateriepartikel von normalen Materiequarks.

"Die Sache mit Antimaterie ist, dass sie sich fast identisch mit der normalen Materie verhält", sagte Tara Shears, Physikerin an der englischen Universität von Liverpool, die am LHCb-Experiment arbeitet. "Aber der Teufel steckt im Detail, und es ist dieser winzige Unterschied, den wir zu messen versuchen."

B_s-Mesonen sind selten und 70 Billionen Kollisionen im Large Hadron Collider verursachten nur etwa tausend dieser schwer fassbaren Teilchen. Diese waren jedoch ausreichend, um eine signifikante Fülle von B-Mesonen der Materie im Vergleich zu B-Mesonen der Antimaterie zu zeigen.

"Wir haben erwartet, dass es dort sein wird, aber wir konnten vorher noch nie eine Messung durchführen, weil diese Partikel so selten sind", sagte Shears gegenüber WordsSideKick.com.

Das B-Teilchen ist nur das vierte subatomare Teilchen, das eine solche Materie-Antimaterie-Asymmetrie aufweist.

In den 1960er Jahren wurde am Brookhaven National Laboratory auf Long Island erstmals eine Verletzung der CP in neutralen Teilchen, den sogenannten Kaonen, festgestellt. Es dauerte weitere 40 Jahre, bis Forscher in den Vereinigten Staaten und Japan das nächste Beispiel dieser Asymmetrie im B0-Meson fanden. Danach fanden das LHCb-Experiment und andere Beweise für eine CP-Verletzung im B + -Meson.

Doch diese Fälle von CP-Verletzungen reichen nicht aus, um die Verbreitung von Materie gegenüber Antimaterie im Universum zu erklären.

"Wir haben noch viel zu tun, um die wahre Natur der Antimaterie zu verstehen", sagte Shears. "Wir wissen, dass wir die ganze Geschichte nicht verstehen. Wir haben nur ein bisschen mehr Informationen eingegeben - einen Block in unserem Puzzle, wenn Sie möchten."

Die Forscher hoffen auf weitere Fortschritte, wenn der LHC 2015 nach seiner derzeitigen Unterbrechung mit einer viel höheren Energie wieder in Betrieb geht.

Die Entdeckung von LHCb wird in einem Papier detailliert beschrieben, das der Zeitschrift Physical Review Letters vorgelegt wurde.

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Videoergänzungsan: Angels and Demons-Antimatter Creation scene.




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