Erstmals Hinweise auf Antihyperhelium-4 gefunden

Die Hinweise verdichten sich, dass 2018 am Forschungsinstitut CERN der exotischste bisher bekannte Atomkern entstand. Laut einer bei der Fachzeitschrift «Physical Research Letters» eingereichten Publikation bildete sich bei Kollisionen von Blei-Atomkernen das Antihyperhelium-4 – eine schwerere Version des Antihelium-4. Wie die Arbeitsgruppe des Experiments ALICE berichtet, erreichen die Messungen noch nicht die für eine formale Entdeckung nötige statistische Signifikanz – die Daten passen aber gut zu den theoretisch erwarteten Eigenschaften des Teilchens. Fachleute erhoffen sich von den exotischen Antimaterie-Atomkernen Anzeichen für subtile Unterschiede zwischen Materie und Antimaterie. Diese sollen erklären helfen, warum es im Universum so viel mehr Materie als Antimaterie gibt.

Hyper-Atomkerne enthalten neben Protonen und Neutronen ausserdem so genannte Hyperonen – Kernbausteine, die nicht nur aus Up- und Down-Quarks, sondern auch aus deren schwereren Verwandten bestehen, zum Beispiel Strange-Quarks. Die Hyperonen verhalten sich im Atomkern wie ganz normale Kernbausteine, nur dass sie sehr viel schwerer sind und auch viel schneller wieder zerfallen. Hyperonen und die aus ihnen bestehenden Hyperkerne bilden sich im Quark-Gluon-Plasma, das für Sekundenbruchteile entsteht, wenn zwei Blei-Atomkerne mit hoher Energie kollidieren.

Da es insgesamt sechs Quark-Sorten gibt, von denen je drei prinzipiell untereinander austauschbar sind, kann sich dabei ein ganzer Zoo von verschiedenen Hyperonen bilden. Der Kern des neu entdeckten Antihyperhelium-4 enthält zwei Antiprotonen und ein Antineutron, den Platz des vierten Antineutrons nimmt ein Anti-Λ-Hyperon ein. Es besteht aus drei Antiquarks: Up, Down und Strange. Letzteres kommt in Kernbestandteilen normalerweise nicht vor und ist ungefähr 20-mal schwerer als das analoge Down-Quark.

Das Antihyperhelium-4 ist einer von drei bisher entdeckten Antimaterie-Hyperkernen. Zuvor stellte das Brookhaven National Laboratory bereits die schweren Antiwasserstoff-Gegenstücke Antihypertritium sowie Antihyperwasserstoff-4 her. Fachleute hoffen, bei solchen massereichen Kernen leichter Verletzungen der Parität zu finden – dass sich Materie und Antimaterie also unterschiedlich verhalten. Das könnte eine der seltsamsten Eigenschaften des Universums erklären helfen. Beim Urknall entstanden Materie und Antimaterie gleichermassen, doch heute findet man im Weltall ausschliesslich Materie. Allerdings erfüllte Antihyperhelium-4 diese Hoffnung nicht: Der Kern verhielt sich exakt so wie sein Gegenstück aus normaler Materie.

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