Antimaterie: Hybride Atome in superflüssigem Helium

[astronews.com Redaktion]

Ein Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern am CERN hat bei hybriden Atomen aus Antimaterie und Materie ein überraschendes Verhalten entdeckt, wenn diese in supraflüssiges Helium eingetaucht werden. Das Ergebnis könnte einen neuen Weg eröffnen, um mit Antimaterie die Eigenschaften von kondensierter Materie zu untersuchen - oder um Antimaterie in kosmischer Strahlung aufzuspüren. (7. April 2022)

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[ralfkannenberg]

bei hybriden Atomen aus Antimaterie und Materie

Dabei fingen Atome des Heliums einen kleinen Teil der Antiprotonen ein. Jedes eingefangene Antiproton ersetzte eines der beiden Elektronen, die normalerweise einen Helium-Atomkern umgeben – und formten so ein Gebilde, das lange genug stabil blieb, um es spektroskopisch zu untersuchen.

Hallo zusammen,

ich bin echt fassungslos - was haben die denn da für ein "Monster" zusammengebaut: zwei Protonen, zwei Neutronen, ein Elektron und ein Antiproton, welches das zweite Elektron "ersetzt" hat.

Erstaunlich, dass das Antiproton nicht in den Kern abstürzt und Tritium zurücklässt. - Unglaublich, was da heutzutage alles möglich ist !


Freundliche Grüsse, Ralf

[Marc]

Das Antiproton befindet sich in einer elektromagnetischen Bindung. Genau wie Elektronen dürfte Dieses ebenfalls wohl nicht einfach so in den Kern stürzen. Das Heliumatom ist durch die Kernbindung gebunden, die starke Bindungsenergie des Heliumkerns ist zwar hoch aber die Vernichtungsenergie von Proton und Antiproton liegt weit über 3600 Elektronenmassen. Die freigesetzte Energie würde wohl den gesamten Heliumkern zerreissen. Zudem ist der Heliumkern ein gesättigter Atomkern, der kann nicht einfach so zusätzliche Kerne einfangen. Das dürfte bei einem frei umherfliegenden Antiproton wohl anders sein. MfG

[ralfkannenberg]

Das Antiproton befindet sich in einer elektromagnetischen Bindung. Genau wie Elektronen dürfte Dieses ebenfalls wohl nicht einfach so in den Kern stürzen. Das Heliumatom ist durch die Kernbindung gebunden, die starke Bindungsenergie des Heliumkerns ist zwar hoch

Hallo Marc,

herzlichen Dank - ich habe primär vergessen, dass die starke Wechselwirkung gar nicht so weit reicht.

aber die Vernichtungsenergie von Proton und Antiproton liegt weit über 3600 Elektronenmassen. Die freigesetzte Energie würde wohl den gesamten Heliumkern zerreissen.

Das war nur ein (vermutlich wenig gelungener) Scherz.

Zudem ist der Heliumkern ein gesättigter Atomkern, der kann nicht einfach so zusätzliche Kerne einfangen.

Daran wiederum habe ich nicht gedacht, mein Fehler Nr.2 .

Das dürfte bei einem frei umherfliegenden Antiproton wohl anders sein.

Meinst Du mit "frei herumfliegend" das Antiproton in der Hülle des Heliums oder eines, welches in der Versuchsanordnung erzeugt wurde und nun natürlich ohne weitere atomare Bindung herumfliegt ?


Schliesslich noch eine Frage: kann es sein, dass in einem ganz kleinen Teil der Fälle beide Elektronen des Heliums durch Antiprotonen ersetzt werden ?


Freundliche Grüsse, Ralf

[SFF-TWRiker]

Ich habe auch eine laienhafte Frage:

Ist man bei diesem Forschungsprojekt auf dem Weg herauszufinden, warum es beim Anfang des Universums ein kleines Ungleichgewicht von Materie und Antimaterie gab?

Ups! Ich höre schon Köpfe auf die Tischkanten knallen ... Hoffentlich findet keine Annihilation statt ...

[Marc]

Ob der Heliumkern zerlegt wird durch ein Antiproton wenn es im Kern ein Proton trifft ist nur eine Vermutung meinerseits, wegen der freigesetzten Energie.

Das Antiproton ist 1836 mal schwerer als das Elektron, daher sollte auch die Bahn deutlich näher am Kern liegen, vermute ich mal.

Deswegen ist es wohl auch geschützt, solange es in dieser elektromagnetischen Bindung ist, es kann dann nicht einfach mit anderen Teilchen wechselwirken und zerstrahlen.

Ich denke mal, es ist daher eher unwahrscheinlich, dass ein stabiler Kern entsteht mit 2 Antiprotonen in dem suprafluiden Helium. Die Antiprotonen wären nicht geschützt und würden sofort vernichtet. MfG

[Bernhard]

Ist man bei diesem Forschungsprojekt auf dem Weg herauszufinden, warum es beim Anfang des Universums ein kleines Ungleichgewicht von Materie und Antimaterie gab?

Wie im Artikel zu lesen, geht es bei dem Experiment eher um grundlegenden Eigenschaften des Antiprotons, wie dessen Masse, aber man weiß vorher ja nie genau, welche Konsequenzen sich exakt zeigen. Ich kann weitergehende Folgeantworten deshalb nicht ausschließen.

Ich bin ebenfalls erstaunt, dass so ein hybrides Atom so stabil ist, um daran Messungen zu machen. Im Originalpaper habe ich auf die Schnelle keine Halbwertszeit für diese Atome gefunden. Wäre interessant zu wissen.

[Herr Senf]

für die Neugier, 1991 herausgefunden: "Zerfallszeitkonstante" von 3 μsec nach Google-Übersetzung
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/19...1246I/abstract

Entdeckung des Antiprotonenfangs durch langlebige metastabile Zustände in flüssigem Helium
Eine verzögerte Vernichtung von Antiprotonen, die in flüssigem Helium gestoppt wurden, wurde beobachtet, was zeigt, dass etwa 3,6% der gestoppten Antiprotonen
in langlebigen metastabilen Zuständen gefangen sind. Es wurde weder in flüssigem Stickstoff noch in flüssigem Argon eine verzögerte Komponente gefunden.
Die beobachtete Zeitverteilung der verzögerten Vernichtung zeigt schnell zerfallende Komponenten, gefolgt von einem Hauptteil mit einer Zerfallszeitkonstante von 3 μsec.

Grüße Dip

PS: viel interessanter erscheint mir aber ein altes/neues Problem, daß experimentell das W-Boson nicht in das theoretische Standardmodell paßt
https://www.scinexx.de/news/physik/w...tandardmodell/

Das Trägerteilchen der schwachen Kernkraft ist demnach signifikant schwerer als es der Theorie nach sein dürfte, ... Diese Abweichung könnte darauf hindeuten,
dass das Standardmodell unvollständig ist und dass es Kräfte oder Teilchen jenseits der bekannten Physik gibt.

Theorie 80,357 MeV zu Experiment 80,4335 MeV, Differenz 0,765 MeV, Signifikanz 7 Sigma

[SFF-TWRiker]

Wie im Artikel zu lesen, geht es bei dem Experiment eher um grundlegenden Eigenschaften des Antiprotons, wie dessen Masse, aber man weiß vorher ja nie genau, welche Konsequenzen sich exakt zeigen. Ich kann weitergehende Folgeantworten deshalb nicht ausschließen.

Ich bin ebenfalls erstaunt, dass so ein hybrides Atom so stabil ist, um daran Messungen zu machen. Im Originalpaper habe ich auf die Schnelle keine Halbwertszeit für diese Atome gefunden. Wäre interessant zu wissen.

Vielen Dank für die gutmütige Antwort.
Eventuell wäre eine Karriere im diplomatischen Dienst möglich.

[ralfkannenberg]

Vielen Dank für die gutmütige Antwort.
Eventuell wäre eine Karriere im diplomatischen Dienst möglich.

Hallo SFF-TWRiker,

ich sehe Bernhard eher an der Schnittstelle zwischen Wissenschaft und Wissenschafts-Journalismus, dann würde in den verständlichen Darstellungen weniger Unsinn stehen.


Freundliche Grüsse, Ralf