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Die Suche nach Antimaterie von der Antarktis aus
22. Dezember 2004, Ingo Froeschmann. Ein internationales Team von Wissenschaftlern hat von der Antarktis aus, ein Instrument an Bord eines Ballons in eine große Höhe transportiert, um dort nach Antimaterie zu suchen, die zu den seltensten und flüchtigsten Arten von Teilchen im Universum zählt.


(Quelle: NASA)
Das Team ist auf der Suche nach einem Verständnis des Ursprungs von kosmischer Antimaterie und nach Beweisen für die Existenz von "Hawking-Strahlung", die von "verdampfenden" schwarzen Löchern stammt, eine Theorie, die von Prof. Stephen Hawking von der Cambridge University in England, vorgeschlagen wurde.

Das Instrument, genannt BESS-Polar, wurde am 13. Dezember erfolgreich von der McMurdo Station in der Antarktis mit einem 13 Millionen Kubikmeter fassenden Wissenschaftsballon gestartet. Um die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, die Antimaterie, wie sie von Hawking vorhergesagt wurde, zu finden, hoffen die Wissenschaftler auf einen mindestens 10 Tage andauernden Flug, einmal um den Südpol, in einer Umgebung nahe dem All, oberhalb 99% der Atmosphäre. Das Instrument umkreist den Pol derzeit bei einer durchschnittlichen Höhe von 39 Kilometern.

"Unsere früheren und kürzeren Flüge vom nördlichen Kanada aus haben Hinweise auf die Signatur der Hawking-Strahlung geliefert," sagt Prof. Akira Yamamoto von Japan's High Energy Accelerator Research Organization (KEK). "Durch einen längeren Flug und eine größere "Ernte" von Antiprotonen, sind wir vielleicht in der Lage zu zeigen, dass Prof. Hawking Recht hat."

BESS-Polar ist eine Zusammenarbeit zwischen Wissenschaftlern am KEK, der University of Tokyo, Kobe University und dem Institute of Space and Astronautical Science von der Japan Aerospace Exploration Agency, zusammen mit der NASA und der University of Maryland. BESS steht für Balloon-borne Experiment with a Superconducting Spectrometer.

Antimaterie besteht aus Teilchen mit gleichen, aber entgegengesetzten Eigenschaften der Teilchen, mit denen wir jeden Tag interagieren. Zum Beispiel haben Protonen eine positive Ladung, aber Antiprotonen haben eine negative Ladung. Antiprotonen, die im All produziert wurden, bombardieren die Erde in Form von kosmischer Strahlung, also Elementarteilchen, die mit nahezu Lichtgeschwindigkeit reisen. Wenn Materie mit Antimaterie kollidiert, vernichten sie sich gegenseitig und produzieren dabei reine Energie und keine "Asche".

Die grundlegendste Form der Urknall-Theorie sagt voraus, dass gleiche Mengen Materie und Antimaterie erzeugt wurden. Irgendwie dominierte die Materie die Antimaterie in den ersten Augenblicken nach dem Urknall. Eines der Ziele des BESS-Polar Projekts ist es nachzuschauen, ob es Hinweise auf Antimaterie-Gebiete gibt, die vom Urknall übriggeblieben sind. Die scheinbare Materie-Antimaterie Asymmetrie ist ein fundamentales Rätsel der Elementarteilchenphysik und auch der Astronomie.

Die Untersuchung der Antiprotonen mit niedriger Energie ist dabei besonders aufregend, sagt Yamamoto, weil sie vielleicht durch "verdampfende" schwarze Löcher erzeugt wurden, einem Prozess genannt Hawking-Strahlung, der bisher noch nicht in der Natur beobachtet wurde. Diese würden von frühzeitlichen, mikroskopisch kleinen schwarzen Löchern stammen, die kurz nach dem Urknall gebildet wurden. Das Auffinden von Antiprotonen in einer Menge und einem Energiebereich, der durch die Theorie vorhergesagt wurde, würde als ein zwingender Beweis dienen.

"Die Nord- und Südpolargebiete sind die besten Regionen um niederenergetische Antiprotonen einzufangen," sagt Dr. John Mitchell vom NASA Goddard Space Flight Center. "Das Erdmagnetfeld schützt uns vor Antiprotonen und anderen kosmischen Partikeln aus der Strahlung des Alls. Das Magnetfeld leitet geladene Teilchen zu den Polen ab, so dass die Konzentration von niedrig-energetischen kosmischen Teilchen, die in die Erdatmosphäre eintreten, dort größer ist."

Dies ist der erste Flug für BESS-Polar. Wissenschaftler haben eine frühere Version, genannt BESS, für Flüge von einem Tag im nördlichen Kanada eingesetzt und dies jedes Jahr einmal, von 1993 bis 2002. Das Instrument sammelte Millionen von kosmischen Strahlen und einige Tausend niedrig-Energie Antiprotonen. Für eine bessere Analyse werden allerdings mehr benötigt.

"Wir sind zum Boden der Welt gereist um einen schönen, langen Flug durchführen zu können," sagt Projektleiter Prof. Tetsuya Yoshida vom KEK. "Längere Flüge bedeuten bessere Statistiken."

Konstantes Tageslicht in der Antarktis bedeutet, dass keine Tag-Nacht Temperaturschwankungen auf den Ballon wirken, was dabei hilfreich ist, den Ballon länger auf einer bestimmten Höhe zu halten. Das BESS-Polar Team hofft darauf, genügend Antiprotonen einzufangen, um ihre absolute Intensität zu charakterisieren.
Übersetzung: Frank Erhardt Science@NASA Deutsche Version
Quelle: Astrobiology Magazine zur Startseite...
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