Das Problem
Jedes Teilchen hat ein Gegenstück mit entgegengesetzter Ladung. Treffen die beiden aufeinander, verschwinden sie und werden in Strahlung umgewandelt. Im heißen frühen Universum entstanden und vernichteten sich solche Paare ständig, und nach den symmetrischen Naturgesetzen hätte die Bilanz null sein müssen.
- Paare entstehen
- Paare vernichten sich
- Strahlung bleibt übrig
- Doch Materie bleibt übrig
Das Ausmaß des Ungleichgewichts lässt sich so abschätzen: Auf je eine Milliarde Paare, die sich gegenseitig vernichteten, kam ungefähr ein überschüssiges Materieteilchen. Alles, was wir um uns herum sehen, darunter die Sterne und wir selbst, ist ein Überbleibsel dieses winzigen Überschusses.
Was dafür nötig wäre
Die Bedingungen, unter denen ein Ungleichgewicht entstehen kann, sind seit Langem formuliert. Die Naturgesetze müssten sich gegenüber Materie und Antimaterie ein wenig unterschiedlich verhalten, es müsste Prozesse geben, die ihre Mengen verändern, und all das müsste außerhalb des Gleichgewichts geschehen.
Die erste Bedingung ist teilweise erfüllt: In Experimenten mit einigen Teilchen zeigt sich tatsächlich ein kleiner Unterschied im Verhalten. Das Problem ist, dass der gefundene Unterschied bei Weitem nicht ausreicht: Er ist millionenfach kleiner als das, was für das beobachtete Ungleichgewicht nötig wäre.
Die Asymmetrie ist zuverlässig gemessen, ihre Ursache bleibt unbekannt
Daraus ergibt sich folgende Einschätzung. Dass Materie übrig geblieben ist, steht außer Zweifel: Wir bestehen aus ihr. Die Erklärung dafür fehlt jedoch, und das ist eines der großen ungelösten Probleme der Physik.
Wonach gesucht wird
Untersucht werden mehrere Möglichkeiten: Man sucht nach stärkeren Unterschieden im Verhalten von Teilchen und Antiteilchen, erforscht Neutrinos, die sich ungewöhnlich verhalten könnten, und sucht nach neuen schweren Teilchen, die im frühen Universum mit einem Ungleichgewicht zerfallen sein könnten.
Gleichzeitig wird auch eine ganz einfache Annahme geprüft: Vielleicht gibt es Antimaterie irgendwo, nur in anderen Regionen. Bisher gibt es dafür keine Bestätigung: An den Grenzen solcher Regionen müsste durch die Annihilation starke Strahlung entstehen, doch sie ist nicht zu sehen.
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Quellen
- Die für das Entstehen eines Materieüberschusses notwendigen Bedingungen formulierte Andrei Sacharow 1967. Die in bekannten Prozessen beobachtete Symmetrieverletzung reicht nicht aus, um die Asymmetrie zu erklären