Einem Forschungsteam der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und des Helmholtz-Instituts Mainz ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur Erzeugung von Antiwasserstoff gelungen. Wie die Wissenschaftler berichten, haben sie eine neuartige Radiofrequenzfalle erfolgreich getestet, die Teilchen mit extrem unterschiedlichen Eigenschaften einfangen kann. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Physical Review A veröffentlicht.
Um Antiwasserstoff herzustellen, müssen zwei Arten von Teilchen – die leichten Positronen und die schweren Antiprotonen – gleichzeitig in einer Falle gehalten werden. „Radiofrequenzfallen, auch Paul-Fallen genannt, werden von Physikern seit langem genutzt, um bestimmte Teilchen einzufangen“, erklärt Dr. Hendrik Bekker aus der beteiligten Arbeitsgruppe. „Allerdings sind sie in der Regel auf eine einzige Frequenz beschränkt.“ Das bedeutet, dass herkömmliche Fallen nur eine Teilchensorte auf einmal bändigen können. Für ihre Studie nutzte das Mainzer Team daher leichter verfügbare Platzhalter: Elektronen und schwere Kalziumionen.
Zwei Teilchen, eine Falle: Eine technische Herausforderung
Die in Mainz entwickelte Zweifrequenz-Paul-Falle kann im Gegensatz zu herkömmlichen Geräten gleichzeitig Magnetfelder in zwei verschiedenen Frequenzbereichen erzeugen: ein Feld im Gigahertz-Bereich für die leichten Elektronen und eines im Megahertz-Bereich für die schweren Kalziumionen. In ersten Tests konnten die Forscher so entweder die Ionen oder die Elektronen erfolgreich speichern.
„Das Einfangen beider Teilchen gleichzeitig erwies sich als schwierig“, so Bekker. Das Problem: Die Elektronen reagieren sehr empfindlich auf das Feld, das die Ionen festhält, und entweichen dadurch aus der Falle. Zusätzlich kämpft das Team noch mit technischen Herausforderungen wie Oberflächenrauheit und mechanischen Ungenauigkeiten. Geräte der nächsten Generation sollen deshalb mit lasergeätzten, glatteren Elektroden ausgestattet werden.
Der „Heilige Gral“ der Forschung
Das große Ziel der Forscher ist es, mit ihrer neuen Falle Antiprotonen und Positronen zu Antiwasserstoff zu verbinden. „Antiwasserstoff ist so etwas wie der Heilige Gral in der Antimaterieforschung“, sagt Bekker. Da sein Gegenstück, der normale Wasserstoff, extrem gut erforscht ist, lassen sich Messungen an Antiwasserstoff besonders gut vergleichen.
Bisher ist die einzige Quelle für Antiprotonen die „Antimatter Factory“ am Forschungszentrum CERN in der Schweiz. Der Transport von Antiprotonen gilt jedoch seit Kurzem als machbar. Prof. Dr. Dmitry Budker, Leiter der Arbeitsgruppe, ist optimistisch: „Der jüngste Erfolg beim Transport von Antiprotonen mit einem Lkw hat gezeigt, dass die Lieferung von Antiprotonen an Forscher weit entfernt vom CERN machbar ist.“ So könnten die Teilchen künftig auch nach Mainz gelangen, um hier weiter erforscht zu werden.
