Start der GAPS-Spektrometer-Mission in der Antarktis zur Suche nach Antimaterie und Erforschung der Dunklen Materie

Am sechzehnten Dezember 2025 begann in den Weiten der Antarktis eine wissenschaftliche Unternehmung, die auf den Einsatz eines großformatigen Forschungsballons zur Detektion seltener kosmischer Antimaterie-Kerne abzielte. Dieses Instrument, bekannt als das General Antiparticle Spectrometer (GAPS), wurde im Rahmen der jährlichen Langzeit-Ballonstartkampagne der NASA von einer Basis nahe der McMurdo Station der National Science Foundation der USA auf dem Ross-Schelfeis in die Lüfte geschickt.

Das Hauptziel dieser Mission ist es, eine Betriebshöhe von 120.000 Fuß zu erreichen, was umgerechnet etwa 36 Kilometern über der Erdoberfläche entspricht. In dieser dünnen Atmosphäre herrschen optimale Bedingungen für die Registrierung subatomarer Teilchen. Das GAPS-Experiment ist präzise darauf abgestimmt, Antideuteronen nachzuweisen. Sollte dies gelingen, könnte dies den ersten indirekten Beweis für die korpuskulare Natur der Dunklen Materie liefern, welche Schätzungen zufolge über 80 Prozent der gesamten Masse des Universums ausmacht. Der erfolgreiche Start erfolgte pünktlich um 5:30 Uhr neuseeländischer Standardzeit am 16. Dezember und markierte den Beginn von Beobachtungen, die sich über mehrere Wochen erstrecken und während eines zirkulierenden Fluges um den Kontinent stattfinden werden.

GAPS setzt auf eine neuartige Methode zur Identifizierung von Antiteilchen. Dieses Verfahren basiert auf der Erzeugung eines exotischen Atoms, dessen anschließender Zerfall ein charakteristisches Röntgenstrahlensignal aussendet. Hinzu kommt die Registrierung einer Pion-Proton-Spur, die aus der anschließenden Annihilation resultiert. Im Gegensatz zu Experimenten, die auf magnetische Spektrometer setzen, bietet dieser Ansatz eine hohe Empfindlichkeit gegenüber energieärmeren Antiteilchen wie Antiprotonen und eben Antideuteronen, während gleichzeitig die störenden Hintergrundsignale stark unterdrückt werden. Die geringe geomagnetische Abschneideenergie in der Nähe des Südpols verstärkt die Empfindlichkeit des Geräts zusätzlich für niedrigenergetische Antideuteronen, welche gemäß diversen Theorien zur Dunklen Materie genau in diesem Energiebereich erwartet werden.

Das GAPS-Projekt ist das Resultat einer intensiven internationalen Kooperation. Die Federführung bei der Entwicklung lag beim University of Hawaii in Manoa, unterstützt von renommierten Institutionen wie der Columbia University, der University of California, Los Angeles (UCLA), und der Northeastern University, ergänzt durch Partner aus Japan, Italien und China. Professor Philip von Doetinchem, der Projektleiter, betonte, dass dieses Experiment Hawaii an die vorderste Front bei der Entschlüsselung eines der größten Rätsel der modernen Physik rückt. Frühere Technologieerprobungen umfassten die Konzeptprüfung an einem Beschleuniger am KEK in Japan im Jahr 2005 sowie einen Flugtest des Prototyps (pGAPS) im Juni 2012.

Diese spezifische Mission ist eingebettet in eine größere Initiative der NASA. Parallel dazu wurde auch das Instrument PUEO (Payload for Ultrahigh Energy Observations) gestartet, das erste Projekt, das im Rahmen des NASA-Programms „Astrophysical Pioneers“ ausgewählt wurde, welches darauf abzielt, vielversprechende Forschungsvorhaben kostengünstiger zu fördern. Während PUEO sich auf die Detektion von Neutrinos konzentriert, fokussiert sich GAPS auf die Antimaterie. Dies demonstriert einen vielschichtigen Ansatz zur Erforschung des Kosmos. Die auf mehrere Wochen angesetzte Datensammlung wird beispiellose Einschränkungen für Modelle der Dunklen Materie liefern. Die Ergebnisse von GAPS werden entweder zur ersten eindeutigen Entdeckung eines kosmischen Antideuterons führen oder aber ein breites Spektrum an Modellen, die deren Entstehung vorhersagen, ausschließen.