Antimaterie. Das Wort an sich klingt schon nach Science Fiction. Das ist der Treibstoff des Warp-Antriebs in Star Trek oder der Sprengstoff, in dem die finsteren Mächte in Illuminati den Vatikan sprengen wollen. Aber dieses Zeug, es gibt es wirklich. Antimaterie ist messbar, speicherbar und seit Kurzem kann man es sogar transportieren. Darüber spreche ich heute mit meinem Kollegen Jan Berndorf. Hallo Jan. Hallo Andreas, schön wieder hier zu sein. Jan, du hast dich mit zwei Forschern getroffen, die kürzlich erstmals Antimaterie transportiert haben. Fangen wir doch mal grundsätzlich an. Erklär uns erst mal, was ist Antimaterie? Was ist dieser Stoff, der in so vielen Science Fiction eine so große und wichtige Rolle spielt? Ja, genau, Antimaterie. Also Antimaterie besteht aus den gleichen Bausteinen eigentlich wie die normale Materie, die wir um uns herum haben in allem, was es so gibt. Das sind also Elementarteilchen wie Protonen und Elektronen, aber darum Antimaterie, die haben die umgekehrte Ladung. Das heißt also ein Elektron ist bei der Antimaterie positiv geladen statt negativ und das Antimaterie-Gegenstück.

Zum Proton, das ist quasi das Antiproton und das ist negativ statt positiv geladen. Also alles genau umgekehrt. Okay, also eine Art Spiegelbild unserer Welt. Genau. Und das krasse ist, wenn dann Materie und Antimaterie aufeinandertreffen, dann vernichten die sich vollständig gegenseitig. Bumm. Also es macht einen Knall und das ist effektiver als bei jedem anderen Sprengstoff. Die komplette Masse in den beteiligten Teilchen wird in Energie umgewandelt. Das ist ein Prozess, den die Physiker nennen das Annihilation. Also alles ist mit einmal weg. Okay, das ist dann also diese gewaltige Energie, von der man immer hört, die theoretisch Raumschiffe antreibt oder mit geringsten Mengen eine ganze Stadt in die Luft sprengen könnte. Ja genau, also Antimaterie ist der effizienteste Energieträger, den wir kennen, weil wirklich alle Masse in Energie umgewandelt wird. Und schon ein halbes Gramm davon hätte die Sprengkraft einer ganzen Atombombe. Und zwar ungefähr der größeren der beiden Atombomben, die damals die USA im Zweiten Weltkrieg auf Japan warfen. Die haben damit die Großstadt Nagasaki in Schutt und Asche gelegt.

Okay, und 80.000 Menschen umgebracht. Aber sag mal, ein halbes Gramm, das ist ja nicht viel. Das ist ja nicht mal eine Handvoll. Das ist... Das ist eine Messerspitze voll. Also selbst ein gestrichener Teelöffel Zucker wiegt schon zehnmal so viel. Also es ist wirklich fast nur eine kleine Prise.

Aber wie kann man jetzt so eine gefährliche Substanz, die noch dazu, wenn ich dich richtig verstehe, sofort hochgeht, wenn sie mit irgendetwas anderem in Berührung kommt, sicher transportieren? Also du hast ja bei uns in PM über den Plan dieser beiden Forscher berichtet. Die heißen Stefan Ulmer und Christian Smorra und die arbeiten an der Uni Düsseldorf und die wollen diese Antimaterie vom Kernforschungszentrum CERN in Genf an ihre Uni nach Düsseldorf bringen, um dort näher daran zu forschen. Das sind ungefähr 750 Kilometer und da kommt mir ein uralter Film in den Sinn Lohn der Angst. Da mussten die Fahrer TNT durch einen Dschungel transportieren oder Nitroglycerin und das war einfach wirklich eine Höllenfahrt. Erklär mal Jan, wie sieht deren Höllenfahrt aus? Ja genau, also das ist auch die Frage, die ich mir als erstes gestellt habe. Wie kommen die auf so eine verrückte Idee? Aber das ist überhaupt nicht verrückt. Als ich die beiden in Düsseldorf besucht habe, haben die, als ich die das gefragt habe, ist das nicht super gefährlich, haben die nur breit gegrinst und dann haben sie erzählt, dass sie das Zeug sogar selbst fahren wollen. Also sie haben nicht mal irgendwelche Fahrer, irgendwelche Profis, die das dann super komplizieren, also die dann so ganz vorsichtig fahren oder so, sondern die fahren einfach selber wahrscheinlich nächstes Jahr und in so einem ganz normalen Transporter.

Auch ganz normal über die Autobahn, ohne Polizeischutz, ohne irgendwelche Vorkehrungen. Also es klingt total verrückt.

Ja, das tut es, das klingt verrückt, aber erzähl uns mal ein bisschen mehr. Warum ist es nicht verrückt, Jan? Also ich meine, du warst ja auch da, hast dir das angeguckt und wie ich dich verstanden habe, würdest du auch gerne mitfahren, ja? Ja, ich würde auch gerne mitfragen. Ich habe die sogar gefragt und ja, wir sind in stetem Kontakt. Aber man muss sich schon vorstellen, die haben sich da schon was bei gedacht. Also die machen das jetzt nicht wie so ein Himmelfahrtskommando, sondern das sind zwei der wirklich führenden Antimaterie-Forscher weltweit und, die kennen sich damit einfach aus mit dem Zeug. Und wissen ganz genau, bei diesen winzigen Mengen, die die transportieren wollen, da passiert einfach gar nichts. Selbst wenn sie einen Unfall haben oder sonst irgendwie was schief geht und die Materie mit einmal annihiliert, wie die Physiker sagen, also komplett sich zerstört, passiert gar nichts, weil es zu super wenig ist. Okay, also des Rätsels Lösung ist also, dass die keinen Teelöffel voll Antimaterie transportieren, sondern eben einfach nur diese ganz winzige Menge. Noch nicht mal eine Messerspitze, genau. Also das ist nochmal viel weniger.

Und wenn der Transporter einen tatsächlichen Unfall hat, dann die komplette Energie, die dabei frei werden würde, wenn die komplette Probe sich zerstört, dann wäre das weniger Energie als die, wenn ein Sonnenstrahl auf deine Haut trifft. Die Energie, die dabei auf deiner Haut frei wird, ist Billionenmal höher als die Energie, die bei diesem Unfall frei würde. Also gar nichts quasi. Okay, also keine Explosion, das beruhigt mich schon mal. Aber da wird doch trotzdem Strahlung freigesetzt. Ja, aber auch diese Strahlung, die musst du dir vorstellen, entspricht ungefähr der Strahlung, oder ist es sogar noch weniger, als wenn du Bananen isst. Wenn du eine Banane isst, dann ist da ja auch so eine ganz winzige Spur eines radioaktiven Stoffs enthalten. Da wurde verschiedentlich schon drüber berichtet. Aber das ist, das juckt uns überhaupt nicht. Das ist überhaupt nicht schlimm. Das kann man ruhig machen.

Das ist in keiner Weise gefährlich und hat auch noch nie jemand irgendwie behauptet, es wäre gefährlich, Bananen zu essen. Im Gegenteil. Und die einzige Gefahr ist halt eben bei einem Unfall, dass dann einfach diese Probe, die die transportieren, ist dann futsch. und dann müssen sie es halt nochmal machen. Okay, jetzt haben wir so viel darüber gesprochen, dass das so wenig ist und dass es deshalb überhaupt nicht gefährlich ist. Trotzdem tun die das. Jetzt will ich aber wissen, von welcher Menge sprechen wir denn da konkret, die, die über die Autobahn kutschieren? Also das ist so, dass die einige zehntausend Antiprotonen transportieren wollen. Okay, einige zehntausend, das klingt jetzt nicht so wenig. Ja, aber 10.000 Protonen, das ist fast nichts. Also ein halbes Gramm für die Atombombe oder auch so eine Messerspitze voll, das wäre im Vergleich dazu so viel wie eine der Pyramiden von Gizeh im Vergleich zu einem Sandkorn. Also das ist überhaupt kein Vergleich quasi. Das ist 10.000 oder einige 10.000 Protonen, das sind Elementarteilchen. Die sind so unvorstellbar winzig und leicht, das ist quasi nichts. Aber für die Erforschung dieser Antimaterie reicht das dicke. Also da zählt im Prinzip jedes einzelne Antiproton, können die genau angucken. Und warum macht man das dann? Ich meine, da können die doch beim Zern in Genf bleiben.

Du musst bedenken, dass CERN in Genf, wo die beiden bislang an Antimaterie geforscht haben.

Weil es nur am CERN in Genf hergestellt wird, Antimaterie, sonst nirgendwo auf der Welt wird Antimaterie überhaupt hergestellt, zumindest künstlich nicht. Auch dieses CERN in Genf, das produziert in einem ganzen Jahr nur ganz wenige Picogramm. Okay, Picogramm, das musst du mal sagen. Picogramm, wie viel ist das? Ein Picogramm, das ist ein Billionstel Gramm. Also für ein halbes Gramm müsste man, demzufolge müsste man eine Billion Jahre lang Antimaterie am CERN produzieren und das würde dann mehrere Billiarden Euro kosten. Okay, aber jetzt kapiere ich, warum das Ganze trotzdem so eine Himmelfahrtsmission ist. Das relativiert natürlich die Gefahr, was du gerade erzählt hast. Aber wenn ich dich richtig verstehe, ist das Risiko bei diesem Transport nicht, dass eine halbe Stadt in die Luft fliegt, sondern dass diese super wertvolle, super seltene Ladung verloren geht. Ja genau, das wollen die sich natürlich sparen. Der Aufwand ist natürlich trotzdem groß. Die machen jahrelange Planungen und Versuche, damit das auch alles funktioniert. Und also da passiert zwar nichts, aber wenn die Probe weg ist, ist es natürlich trotzdem doof für die Forscher.

Na klar, wird teuer genug sein, das herzustellen. Sag mal, wie verhindert man denn jetzt, dass diese Antimaterie, und, ich habe dich ja so verstanden, dass die wahnsinnig empfindlich ist, die darf nirgends anstoßen, nirgends anecken, die darf mit nichts in Berührung kommen, sonst buff, ist sie weg. Wie verhindert man, dass die, ich sage mal jetzt, ich stelle mir das vor, die ist in so einem Lieferwagen hinten drin und in der Kurve fliegt die links an die Wand, rechts an die Wand. Das war es dann schon. Explodiert, wenn auch klein. Und dann kommen die an in Düsseldorf und dann war es das mit ihrem Schatz aus CERN. Der ist zerstört. Tatsächlich befürchten die beiden auch tatsächlich, irgendwas wird schon schief gehen. Womöglich müssen wir das ein zweites Mal machen. Und die werden sicherlich auch vorsichtig fahren. Aber die haben sich da schon wirklich ein gutes System ausgedacht.

Denn, wie du sagst, die Antiprotonen dürfen wirklich gar nichts berühren. Die müssen immer für sich bleiben. Also nicht einmal ein Luftteilchen dürfen die berühren. Und sonst tritt direkt, diese gegenseitige Vernichtung ein. Und deshalb haben die so eine sogenannte Penning-Falle gebaut. Das ist nur eine spezielle Vorrichtung, in der die Antiteilchen durch Magnetfelder und elektrische Felder komplett in der Schwebe gehalten werden, sodass sie nichts anderes berühren. Und die steckt in dem Kopf im Koffer, also so eine Art Koffer, im Innern von einem supraleitenden Magneten, in einem kompletten Vakuum. Okay, und wie groß muss ich mir jetzt diesen Magnet vorstellen? Ist der so ein kleiner Taschenmagnet oder schon ein bisschen größer? Nee, der ist schon was größer. Also der wiegt über eine halbe Tonne und ist.

Aber nur so knapp einen Meter groß im Durchmesser. So einen halben Meter mal einen Meter. Also nicht so groß, aber super schwer. Das ist also schon echt ziemliche Hightech, die die da auffahren. Okay, aber dann braucht man doch, weil du hast es eben schon erwähnt, ein mega perfektes Vakuum, wenn die Antimaterie nicht mal mit Luft in Berührung kommen darf. Und ich meine, das Vakuum, was wir kennen, da ist ja auch immer noch ganz viel Luft drin, also zumindest kleine Teilchen. Wie kriegen die das hin? Ja, ich ordne das mal ein. Also wir bezeichnen ja schon ein Feinvakuum, also ein gutes Vakuum, wenn in einem Liter Luft, also eine Milchtüte voll mit Luft, wenn da eine Billiarde Moleküle aus Stickstoff, Sauerstoff und Spurengasen herumschwirren, dann ist das für uns schon ein Feinvakuum, weil normalerweise stecken in so einem Liter Luft 100 Trilliarden solcher Moleküle. Das muss man sich mal vorstellen. Und der Ulmer und Smorra, also die beiden Forscher, die haben in ihrem Behälter ein Vakuum geschaffen, in dem nur noch 100 bis 1000 Teilchen vorhanden sind. Also dieses Vakuum, also dieser Behälter ist tatsächlich quasi leer.

Okay, also kommen wir wieder zurück zu diesem Antimaterie-Koffer. Der ist quasi eine Vakuumkammer und er besitzt diese Pfennigfalle, richtig? Nee, nee, nicht Pfennigfalle. Penningfalle heißt die. Das hat mit Geld nichts zu tun. Die ist nach einem holländischen Physiker benannt, der sich das ausgedacht hat ursprünglich. Also das haben nicht die Ulmer und Smorrer erfunden, aber die haben es weiterentwickelt sozusagen. Okay, also gut, noch mal angenommen, denen gelingt ihr Transport. Was wollen die denn dann mit der Antimaterie in Düsseldorf? Ich meine, die könnten doch auch einfach in Genf bleiben und da forschen. Ja, könnten sie und das machen sie ja bisher auch schon seit Jahren, aber da geht es halt nicht so gut wie in Düsseldorf oder in einem anderen Ort. Das Problem am CERN ist nämlich, dort kann man zwar die Antimaterie produzieren, weil man da die großen Teilchenbeschleunigeranlagen hat, die das hinkriegen. Aber man kann die da nicht so präzise erforschen, weil die enormen Magnetfelder dieser großen Anlagen, mit der die Produktion erfolgt, die verzerren die Ergebnisse. Also die Magnetfelder sorgen dafür, dass da ständig irgendwie Verzerrungen passieren bei den Messungen. Und zumindest wenn man so genau misst, wie die das machen, nämlich auf Stellen weit hinter dem Komma messen die genau. Und das geht halt am Zerren nicht so ganz ideal.

Warum sind denn diese Stellen so weit hinterm Komma so wichtig? Teilchenforschung ist eben eine ganz präzise Wissenschaft, wo es auf winzigste Unterschiede ankommt. Und diese beiden Forscher wollen herausfinden, ob es zwischen Materie und Antimaterie, abgesehen von der entgegensetzten Ladung, nicht doch noch irgendeinen anderen Unterschied gibt. Zum Beispiel beim Gewicht. Und welche Rolle würde das spielen, wenn das einen Unterschied gäbe? Ja, also das tatsächlich steckt dahinter eins der größten Rätsel der gesamten Physik, das die beiden lüften wollen, nämlich die Frage, warum existieren wir?

Naja, ich würde sagen, weil unsere Mütter und Väter sich ganz doll lieb haben, aber du weißt schon. Genau, ja. Nein, ich meine jetzt die Menschheit im Ganzen, warum existieren wir, warum existiert das Universum? Nach der uns bekannten Physik müssten nach dem Urknall Materie und Antimaterie in der genau gleichen Menge entstanden sein. Und eigentlich müssten sie sich deshalb auch komplett gegenseitig vernichtet haben. Okay, aber das ist ja ganz offensichtlich nicht passiert. Genau, und sonst gäbe es uns ja nicht. Alles, was wir sehen auf der Welt, das ganze Universum existiert, weil das eben nicht passiert ist. Es muss also einen Unterschied zwischen Materie und Antimaterie geben. Sodass die Materie irgendwie Überhand gewonnen hat.

Und diesen Unterschied, den kennen wir aber noch nicht einfach und der hat dafür gesorgt, dass das heutige Universum halt, fast komplett aus Materie besteht und Antimaterie die gibt es nur in irgendwelchen entlegenen Winkeln des Universums oder für kurze Zeit mal nach einem extremen kosmischen Ereignis, wie irgendwie, wenn Neutronensterne, kollidieren oder sowas ja, Dieser Unterschied, der wirklich alles erklären würde, die Existenz der Planeten, des Universums, unsere Existenz, dieser Unterschied könnte im Gewicht liegen, also in so ein paar Stellen hinterm Komma? Ja, genau. Das ist zum Beispiel im Gewicht. Vielleicht ist auch noch ein anderer Unterschied, irgendwie in der Ladung oder im Spin oder so irgendwelchen Elementarteilchen-Eigenschaften. Aber die tippen jetzt mal aufs Gewicht und da könnte es schon, wenn das Antiproton nur ein winzig kleines bisschen leichter wäre als das Proton und sei es nur ein Hundertmilliardstel, dann könnte das schon reichen, um, unsere heutige Existenz zu erklären.

Und genau das kann man aber, also dieses Gewicht kann man am CERN eben nicht so genau bestimmen. Da kommen die nur auf ein Milliardstel ungefähr. Und genauer geht es wegen dieser magnetischen Störung geht es nicht. Alles klar, aber in Düsseldorf, da geht das. Ja genau, also der Professor Olmer, der hat da einen Lehrstuhl und die haben da Messanlagen, die das auf mindestens, ein Hundert Milliardstel genau hinkriegen. Okay, und das lohnt den Aufwand. So ein Transportkoffer, der kostet ja sicherlich auch eine Menge Geld, oder? Ja, Sie haben mir gesagt, das ist so eine knappe Million Euro, haben die da reingesteckt. Und darum wollen die natürlich auch, dass das jetzt klappt.

Aber die sagen auch, das lohnt auf jeden Fall. Also wenn man statt einem Milliardstel, einem 100-Milliardstel genau das Gewicht berechnen kann, dann ist das ja immerhin 100-mal genauer gemessen. Und da könnte man durchaus was finden, sagen die beiden. Und außerdem gehen die Messungen in Düsseldorf auch ohne diese ganzen Störungen, gehen auch viel schneller als am CERN. Also in Stunden kann man da was messen, wo man sonst Wochen und Monate für bräuchte. Und da kann man natürlich dann entsprechend viel mehr über die Antimaterie herausfinden, wenn man sie so erforschen kann.

Okay, jetzt stellen wir uns mal vor, das funktioniert. Und die finden wirklich sowas raus. Und die entdecken, dass die Antimaterie eben dieses Hundertsmilliandelstel, leichter ist als die Materie. Was würde das denn bedeuten, wenn man diesen Unterschied finden würde? Ja, das wäre natürlich wissenschaftlich gesehen ein totaler Paukenschlag. Das grundlegende Annahmen der Physik würden plötzlich in Frage gestellt und völlig neue Forschungsfragen würden aufgeworfen. Also das wäre eine Sensation. Okay, also für mich klingt das, ich bin Laie, aber für mich klingt das Nobelpreisverdächtig. Ja, für mich auch. Also absolut. Die beiden, die würden das nie selber sagen. Die sind ganz bescheiden, aber diese Erkenntnis wäre wirklich so sensationell. Ich denke, dann wären die echt heiße Kandidaten für den Nobelpreis, wenn die das tatsächlich finden. Okay. Jan, lass uns zum Schluss doch nochmal zurück zum Science-Fiction gehen, weil wir haben das Bild so viel strapaziert. Werden wir irgendwann mal Raumschiffe mit Antimaterie antreiben können? Ja, also realistisch gesehen nein. Also diese Mengen, die man dafür bräuchte.

Sind weit jenseits dessen, was wir herstellen können. Selbst wenn alle Teilchenbeschleunigeranlagen weltweit, da gibt es ein paar Dutzend, wenn die alle mitmachen und alle nur noch Antimaterie produzieren, selbst dann würde das zig Millionen Jahre dauern, die erforderlichen Mengen zu produzieren, um auch nur ein Raumschiff in angemessener Zeit von hier zum nächsten Stern zu bringen. Das ist also eigentlich vollkommen utopisch. Okay, und trotzdem bringen uns geringe Mengen Antimaterie trotzdem weiter, oder? Ja, absolut. Also selbst auch diese paar tausend Protonen oder Antiprotonen, die die transportieren wollen, da kann man schon ganz fundamentale Fragen über unser Universum halt eben mit erforschen und beantworten. Wie gesagt, die haben so feine Instrumente, da können die wirklich einzelne Antiprotonen vermessen und registrieren. Das ist wirklich Wahnsinn, was da heutzutage alles möglich ist. Insofern ist es einfach toll, wenn man die Antimaterie an einem Ort hat, wo man sie wirklich noch viel genauer erforschen kann als bisher.

Wunderbar, lieber Jan. Dann danke ich dir ganz herzlich für deinen Besuch bei uns im Studio und für diese spannende Reise in die Welt zwischen Science Fiction und Realität. Ja, sehr gerne. Damit verabschieden wir uns für heute bis zur nächsten Folge. Bei uns in den Shownotes, darauf möchte ich noch hinweisen, findet ihr die Termine für den Science Slam, wo Wissenschaftler mit viel Humor ähnlich faszinierende Themen wie Antimaterie auf der Bühne erklären. Also wie gesagt, es lohnt sich dort hinzugehen, findet in allen Großstädten in Deutschland statt. Wir sind Partner und sind sehr stolz darauf. Ansonsten freuen wir uns über eure Kommentare, wir freuen uns über gute Bewertungen, bleibt neugierig und verliert nie die Energie.