2,5 Millionen Euro Fördergeld: Jülicher Kernphysiker sucht nach Antimaterie

2,5 Millionen Euro Fördergeld : Jülicher Kernphysiker sucht nach Antimaterie

Hans Ströher ist etwas gelungen, was nur wenige Wissenschaftler schaffen. Zweimal in seiner wissenschaftlichen Laufbahn hat der Europäische Forschungsrat dem Jülicher Kernphysiker einen Advanced Grant zuerkannt.

Das sind Fördermittel, mit denen der Rat die Arbeit von Forschern fördert, von der er sich bahnbrechende Erkenntnisse erwartet.

In Ströhers Fall sind das 2,5 Millionen Euro, mit der sein Projekt bis Ende 2021 gefördert wird. Gelingt es Ströher, seine Theorie über das Verschwinden der Antimaterie zu beweisen, dann müssen die Lehrbücher der Physik zumindest zum Teil neu geschrieben werden.

Es geht um nicht weniger als das.„High Risk — High Gain“ — hohes Risiko, hoher Gewinn. Das ist der schmale Grat, auf dem sich Ströher und sein Team am Forschungszentrum Jülich und der RWTH Aachen bewegen. Das Risiko: Entweder Ströher hat sich geirrt und steht wieder am Anfang. Oder aber, sie halten die Antwort auf eine der existenziellen Fragen des Universums in den Händen: „Warum ist nicht nichts?“ Diese Frage mag merkwürdig erscheinen. Es ist doch alles da, wir sind da, die Erde ist an ihrem Platz. Wo ist also das Problem?

Am Anfang war der Urknall

Die Suche nach der Antwort beginnt beim Anfang von Zeit und Raum, dem Urknall. Es gilt als grundlegende Annahme der Physik, dass beim Urknall zwei Arten von Materie entstanden sind: Die Materie, aus der wir bestehen und alles, was wir erfassen können, und die Antimaterie. Die ist das Gegenteil zur Materie, das heißt zum Beispiel, zu jedem Wasserstoffatom gibt es ein Antiwasserstoffatom. „Irgendwo gibt es vielleicht einen Anti-Ströher“, sagt der Professor am Institut für Kernphysik des Forschungszentrums. Er lächelt, als er das sagt. Zu wie viel Prozent er das ernst meint, lässt er offen. Treffen Materie und Antimaterie aufeinander, zerstören sie sich gegenseitig, man sagt, sie annihilieren. Das Resultat ist reine Energie.

Wie die Symmetrie in der Natur und Technik eine große Rolle spielt, tut sie das insbesondere auch in der Physik. Unter anderem deshalb ist sich die Wissenschaft sicher, dass gleiche Mengen der beiden Materie-Arten entstanden sein müssen. Und hier liegt das Problem: Wenn sich Materie und Antimaterie gegenseitig zerstören — warum können Sie jetzt diesen Artikel lesen und diese Zeitung in der Hand halten? Mit anderen Worten, warum ist nicht nichts? Warum gibt es den Bruch der Symmetrie, weil so viel Materie übrig ist?

Viele Forscher sind auf der Suche nach der unglaublichen Menge Antimaterie, die irgendwo sein müsste. Einige vermuten sie in einer Art Anti-Universum. Und sie finden sie, hin und wieder, beispielsweise in einem Detektor auf der Raumstation ISS, den Aachener Physiker mitgebaut haben. Jülicher Kernphysiker waren es, die in den 90er Jahren erstmals einige Anti-Wasserstoffatome hergestellt und damit weltweit für Aufsehen sorgten. Doch von einem Antimaterieuniversum keine Spur. „Da würde ja an den Rändern durch die Annihilationen die Hölle los sein“, sagt Hans Ströher über den Raum, in dem Materie- und Antimaterieuniversum aufeinandertreffen.

Die Antwort im Kleinen suchen

Ströher geht einen anderen Weg: Was im Großen unerklärlich ist, müsste im Kleinen zu finden sein. Denn sollte ein Ungleichgewicht von Materie und Antimaterie da sein, also ein Symmetriebruch, wäre der auch in den kleinsten Bestandteilen des Universums nachweisbar. Hans Ströher und seine Kollegen nehmen sich für ihre Experimente das Proton vor, einen fester Baustein des Atomkerns.

Sie suchen nach einem sogenannten elektrischen Dipol-Moment. Das bezeichnet die Kombination einer positiven und einer negativen elektrischen Ladung. Der Abstand zwischen den beiden Ladungen muss unvorstellbar klein sein. Ströher benutzt einen Größenvergleich. Wäre ein Proton so groß wie die Erde, dann wären der positive und der negative Pol nur um eine Haaresbreite voneinander getrennt. „Das macht es so unfassbar schwer, ein elektrisches Dipol-Moment nachzuweisen“, erklärt Ströher.

Schwer ist es auch, weil es die Voraussetzungen im Moment gar nicht gibt, das Dipol-Moment nachzuweisen. Wie bei vielen Experimenten der Kernphysik müsste das in einem Teilchenbeschleuniger passieren. Es gibt aber keinen, der das elektrische Dipol-Moment nachweisen könnte, wenn es das Moment denn gibt. Das Problem ist ein anderes Moment, des magnetische Dipol-Moment. „Das ist wesentlich stärker und überlagert das elektrische“, erklärt Ströher.

Das Geld des Forschungsrates erhält Ströher dafür, nachzuweisen, dass ein spezieller Teilchenbeschleuniger so empfindlich justiert und kalibriert werden kann, dass er das elektrische Dipol-Moment erfassen könnte. Diese Forschung findet mit Cosy statt, dem Teilchenbeschleuniger am Forschungszentrum. „Wenn es uns gelingt, Cosy so zu optimieren, dass er für die Suche nach dem elektrischen Dipol-Moment benutzt werden kann, dann werden wir immer noch null messen“, sagt Ströher.

Wie gesagt: Cosy kann das elektrische Dipol-Moment nicht erfassen. Es geht nicht um das Messergebnis, sondern den Nachweis, dass die Forscher überhaupt in der Lage sind, in einem Proton von der Größe der Erde das winzigen Dipol-Moment zu finden. Sollte der Nachweis gelingen, dann wäre das möglicherweise der wissenschaftliche Impuls, einen neuen Teilchenbeschleuniger zu bauen, mit dem man herausfinden kann, ob Ströhers Theorie stimmt.

„Wenn es gelingt, ein elektrisches Dipol-Moment nachzuweisen, dann gibt es in einem November in der Zukunft einen Anruf aus Stockholm“, drückt Ströher aus, dass das Bestätigen der Theorie einen Nobelpreis für Physik zur Folge haben dürfte. „Das werde ich aber mutmaßlich nicht sein“, sagt der Jülicher Kernphysiker. Zeit ist der Faktor, der gegen ihn spricht. Auf eine beleidigend einfache Weise. Der Jülicher hat das Pensionsalter bereits erreicht, hat aber wegen des Advanced Grant verlängert. Die Neugier darauf, ob die Theorie über die Antimaterie stimmt, treibt ihn an, einen Teil seiner Lebenszeit nicht seiner Familie mit Kindern und Enkelkindern zu widmen.

Ob seine Theorie stimmt — wohl kein Mensch ist so gespannt auf die Antwort wie Ströher. Dass es viel Geld kosten würde, einen neuen Teilchenbeschleuniger zu bauen und dass es ungewiss ist, was dabei herauskommt, ist Ströher klar. „Bei Einsteins Relativitätstheorie hätte man diese Frage auch stellen können. Ich will mich nicht mit Einstein vergleichen und behaupten, dass meine Arbeit später mal so grundlegend sein wird.“ Aber so sei das bei Grundlagenforschung: hohes Risiko, hoher Gewinn.

Mehr von Aachener Nachrichten