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Symmetrieverletzung : Die gebrochene Symmetrie

Im D0-Detektor am Fermilab dominierten die Myonen über die Antimyonen. Bild: Fermilab

Beim Zerfall von B-Mesonen entsteht deutlich mehr Materie als Antimaterie. Forscher des Fermilab bei Chicago werten das als Hinweis auf einen Mechanismus, der dafür verantwortlich ist, dass das Universum ausschließlich aus Materie besteht, aber Antimaterie so gut wie nicht zu beobachten ist.

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          Einen besonders ausgeprägten Asymmetrieeffekt hat eine internationale Forschergruppe bei sogenannten B-Mesonen beobachtet. Beim Zerfall der aus schweren Bottom-Quarks bestehenden exotischen Teilchen entsteht offenkundig ein Prozent mehr Materie als Antimaterie. Das ist deutlich mehr, als theoretisch zu erwarten ist. Der unausgewogene Zerfall der B-Mesonen könnte einen Hinweis auf einen Mechanismus geben, der dafür verantwortlich ist, dass das heutige Universum ausschließlich aus Materie besteht, aber Antimaterie so gut wie nicht zu beobachten ist.

          Manfred Lindinger

          Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.

          Warum hat die Materie den Urknall überlebt?

          Den gängigen Theorien zufolge war beim Urknall vor 13,7 Milliarden Jahren gleich viel Materie wie Antimaterie entstanden. Da beide Bestandteile sich gegenseitig vernichten, wenn sie aufeinandertreffen, dürfte unser Universum somit gar nicht existieren. Warum ein kleiner Teil der Materie offenkundig das kosmische Ereignis überlebt hat, ist eine noch offene Frage. Eine Antwort könnte die Entdeckung am Fermilab in Batavia bei Chicago liefern.

          Das überraschende ein Prozent

          Die aus 500 Wissenschaftlern bestehende Forschergruppe, zu der auch viele deutsche Physiker gehören, hatte zwischen den Jahren 2002 und 2009 verschiedene Zerfallswege von neutralen B-Mesonen studiert, die bei ungezählten Kollisionen zwischen energiereichen Protonen und Antiprotonen im Tevatron-Beschleuniger des Fermilab entstanden waren. Die äußerst sorgfältige Analyse des umfangreichen Datenmaterials hat nun gezeigt, dass beim Zerfall der instabilen neutralen Mesonen Paare von Myonen häufiger entstanden waren als Paare von Anti-Myonen. Der ermittelte Überschuss von knapp einem Prozent hat die Physiker überrascht. Er ist etwa fünfzigmal so groß wie vom Standardmodell der Teilchenphysik vorausgesagt, berichten die Forscher in einer der kommenden Ausgaben der Zeitschrift "Physical Review D".

          Die Ursachenforschung beginnt

          Noch liegt die Ursache für den beobachteten Materieüberschuss weitestgehend im Dunkeln. Er lässt sich nach Ansicht der Wissenschaftler nicht mit den bekannten symmetrieverletzenden Prozessen der schwachen Wechselwirkung erklären, die man bei Zerfällen von B- und K-Mesonen beobachtet hat. Dazu sind sie zu schwach ausgeprägt. Doch bevor man voreilige Schlüsse zieht, müssen die Ergebnisse von unabhängigen Experimenten - etwa dem LHCb-Experiment am europäischen Forschungszentrum Cern bei Genf - bestätigt werden. Am Fermilab gibt man sich mit dem Ergebnis nicht zufrieden. Dort will man die Statistik weiter verbessern und noch einmal so viele Daten gewinnen wie bisher geschehen.

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