Es geht ein Antiproton auf Reisen

(Anlass war ein Artikel in der Süddeutschen Zeitung von Dienstag, den 24. März 2026:

»Hallo, Ihre Antimaterie-Bestellung ist da!« sowie ein Artikel vom Tag darauf über den Antimaterieforscher Stefan Ulmer.)

Was ist denn ein Antiproton?, fragt sich der ›normale‹ Mensch, der mit Physik – genauer Atom- oder Teilchenphysik – wenig am Hut hat. Versuche ich mal mit bekannteren Begriffen zu erklären:

Atome kennt vermutlich jeder. Da gibt es Atombomben und Atomkraftwerke, die man lieber nicht haben will. Schon die alten Griechen haben mit diesem Begriff um sich geschmissen.

Aber Atome sind nicht immer was Schlechtes. Schließlich besteht alle Materie, also alles, was es gibt, aus Atomen, und das ist nicht immer schlecht. Es sei denn es handelt sich um die Atome, aus denen der Nachbar besteht, den man noch nie hat leiden können.

Lange glaubte man, so ein Atom sei das kleinste Teil. Seit über hundert Jahren weiß man, dass Atome aus noch kleineren Teilen bestehen, nämlich aus Protonen, Neutronen und Elektronen; und die sind geladen. Nicht, weil sie vielleicht sauer sind, weil man ihnen auf die Schliche gekommen ist. Nein. Sie schleppen jeweils elektrische Ladungen mit sich herum. Protonen sind positiv und Elektronen negativ geladen. Nur die Neutronen haben bei der Verteilung der Ladungen nichts abbekommen.

Dass Protonen und Neutronen aus noch kleineren Teilen aufgebaut sind, lasse ich einmal weg, denn das würde zu einem ziemlichen Quark führen, genauer zu den Quarks.

Dann stellten die Physiker fest, dass es zu jedem Teilchen auch ein Antiteilchen geben muss, und die bilden dann die Antimaterie, die folglich aus Antiprotonen, Antineutronen und Antielektronen bestehen muss.

Künstlich hergestellt werden konnten Antiprotonen bisher nur im CERN - Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire – mit dem LHC, dem Large Hadron Collider, einem riesigen Teilchenbeschleuniger in der Nähe von Zürich. Mit dem werden Protonen auf ungeheure Geschwindigkeit beschleunigt, um sie dann zusammenknallen zu lassen. Bei dieser gewaltigen Kollision entstehen unter anderem auch Antiprotonen, allerdings nur in äußerst geringer Menge. Diese Menge ist deshalb so klein, weil Antiprotonen eine unangenehme Eigenschaft haben: Wenn sie auf Materie treffen, löschen sie sich mit den Materieprotonen in einem gewaltigen Energieblitz aus. Der Physiker spricht von Annihilieren. Bei einer Menge von Antimaterie im Bereich von Bruchteilen eines Gramms, wie in Dan Browns Roman »Illuminati« beschrieben, wäre nach einer Annihilation nichts mehr da: kein LHC, kein CERN, kein Genf und vermutlich auch keine Schweiz.

Aber wie kann man verhindern, dass sie auf Materie trifft? Die treibt sich schließlich überall herum. Alles, was ist, ist Materie: Sonnen, Planeten und leider auch der Nachbar, den man nicht leiden kann und die noch weniger geliebten Stechmücken.

Da trat ein Physiker namens Stefan Ulmer auf den Plan. Der arbeitete schon länger beim CERN sozusagen als Animateur für Protonen und Antiprotonen. Sein Ziel war es, diese Teilchen in der Gegend herum zu kutschieren; allerdings nicht, um ihnen die schöne Bergwelt der Schweiz näherzubringen oder weil er meinte, die Jungs müssten mal an die frische Luft. Nein! Er wollte testen, ob es gelingt, Antiprotonen an einen anderen Ort zu transportieren. Zum Beispiel nach Düsseldorf an die Heinrich-Heine-Universität. Denn dort hatte er als Professor die Infrastruktur für solche Experimente aufgebaut. Die Antiprotonen an Ort und Stelle zu vermessen, ging nicht, denn die gewaltigen Magnetfelder des CERN störten dabei.

Die Frage war also: Wie kann man Antimaterie auf Reisen schicken, ohne dass sie auf Materie trifft und sich Antimaterie und Materie in einem gewaltigen Energieblitz gegenseitig auslöschen und damit im OFF verschwinden?

Amazon kam nicht in Frage, obwohl man dort spezialisiert ist auf das Versenden von allen möglichen Dingen, die in der Regel keiner braucht, und die außerdem noch mit Unmengen von Materie in Form von Pappe umgeben sind.

Wenn das Zeug auf die Antiprotonen treffen würde, hätte es fürchterlich gerumst und Amazon wäre mit Prozessen wegen nicht erfolgter Lieferung nur so überzogen worden.

Also erfinderisch, wie die Schweizer nun mal sind, bauten sie zusammen mit Herrn Ulmer einen Kasten, der ein fast absolutes Vakuum enthielt und den man auf minus 273 Grad Celsius oder Null Kelvin abkühlte. Das fanden die Antiprotonen gar nicht gut, weil mögliche Rest-Materieteilchen bei diesen Temperaturen am Rand festfroren und sich nicht mit den Antiprotonen in einen großen Knall annihilieren konnten. Offenbar liebten sie die Knallerei – und nicht nur zu Silvester. Dann stellte man ihnen noch eine elektromagnetische Falle, die sie in der Mitte des Kastens festhielt und verhinderte, dass sie mit irgendwelchen Materieteilchen, wie Luft oder den Unmengen von Verpackungsmaterial in Berührung kamen. Schließlich lud man das Ganze auf einen LKW. Und der fuhr am Dienstag, den 24. März 2026 los – auf eine Teststrecke von fünf Kilometern innerhalb des CERN-Geländes.

Weil man aber damit rechnen musste, dass etwas schiefging, zum Beispiel, dass sich Restmaterieteilchen durch Erschütterungen beim Transport von der Wand lösten, beschränkte man sich auf genau 92 Antiprotonen. Wenn von denen während der Fahrt sich ein Teil oder alle mit von der Wand gelösten Protonen verschmelzen würden, wären die Folgen bei dieser geringen Menge überschaubar.

Wenn alles gut ging und alle Antiprotonen die Reise überstehen würden, wollte man die Fahrstrecke langsam erweitern, bis schließlich ein Transport nach Düsseldorf machbar würde.

Hier wollte Herr Ulmer die Antimaterie genau vermessen, um Hinweise darauf zu bekommen, warum unser Universum überwiegend aus Materie besteht, Antimaterie aber nur mit großem Aufwand nachzuweisen ist. Waren Antimaterieteilchen vielleicht, abgesehen von der entgegengesetzten elektrischen Ladung, doch anders als die entsprechenden Materieteilchen? Leichter? Schwerer? Weniger stabil?

Das gehörte nämlich zu einem der großen Rätsel der Physik:

Kurz nach der Entstehung unseres Universums vor 16,8 Milliarden Jahren haben sich Materie- und Antimaterieteilchen in der gleichen Anzahl gebildet. Zu jedem Materieteilchen gab es ein passendes Antimaterieteilchen. Und wenn die sich begegneten, was sehr wahrscheinlich war, denn es war ja sonst nichts da, dann löschten die sich gegenseitig aus. Es hätte also nichts übrig bleiben dürfen: keine Materie, die sich später zu Sternenstaub, Sonnen und Planeten verdichteten konnte, nicht einmal Zeit und Raum. Nichts! Natürlich auch keine ungeliebten Nachbarn, keine Tiere und keine lästigen Stechmücken. Letzteren hätten die Physiker möglicherweise keine Träne nachgeweint. Aber weil es nun mal lästige Stechmücken gibt, muss damals, so vor 16,8 Milliarden Jahren, das Gleichgewicht zwischen Materie und Antimaterie gestört worden sein, denn die Materieteilchen, in Form von Protonen, haben sich gegen die Antiprotonen durchgesetzt. Man nannte das ›spontane Symmetriebrechung‹. Es bildete sich immer mehr Materie und die Antimaterie guckte in die Beschleunigerröhre. Denn nur hier, im Large Hadron Collider in der Schweiz, konnte sie bisher nachgewiesen werden, nach dem Motto: Wer hat´s er- bzw. gefunden?

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