ALPHA-Experiment am CERN steigert Antiwasserstoffproduktion durch Positronenkühlung um das Achtfache

Das ALPHA-Experiment am Europäischen Kernforschungszentrum CERN in der Schweiz hat einen wesentlichen technologischen Fortschritt bei der Erzeugung von Antimaterie erzielt. Am 18. November 2025 gab CERN bekannt, dass Wissenschaftler durch die Entwicklung und Anwendung einer neuartigen Methode zur Kühlung von Positronen die Produktionsrate von Antiwasserstoffatomen um das Achtfache erhöhen konnten. Diese Innovation erlaubt es dem Team, nunmehr über 15.000 Antiwasserstoffatome in nur wenigen Stunden zu generieren, eine Menge, die Jeffrey Hangst, der Sprecher des ALPHA-Experiments, noch vor einem Jahrzehnt als Science-Fiction eingeschätzt hätte.

Die Forschungsgruppe nutzt diese gesteigerte Kapazität, um die fundamentalen Unterschiede zwischen Materie und Antimaterie eingehender zu untersuchen. Die technische Grundlage dieser Errungenschaft ist die Implementierung einer sogenannten sympathischen Kühlung für die Positronen, welche mithilfe einer Wolke aus lasergekühlten Beryllium-Ionen durchgeführt wird. Zuvor wurden die Positronen, gewonnen aus einem Natrium-22-Emitter und in einer Penning-Falle gehalten, durch ihre eigene Kreisbewegung gekühlt, was für eine effiziente Verschmelzung mit den Antiprotonen nicht ausreichend war. Die Einführung der Beryllium-Ionen, die durch Laser auf sehr niedrige Temperaturen abgekühlt werden, ermöglicht den Positronen, Energie durch Kollisionen abzugeben und dadurch eine deutlich tiefere Temperatur zu erreichen.

Diese Methode verschiebt die Untersuchung von Atom-Antimaterie von einem Zustand der Knappheit hin zu einer relativen Fülle und reduziert systematische Fehler in den Messungen. Die übergeordnete wissenschaftliche Motivation des ALPHA-Kollaborativs, welches die Nachfolge des ATHENA-Experiments antrat, ist die Klärung der kosmischen Asymmetrie: die Frage, warum das Universum überwiegend aus Materie besteht. Die Fähigkeit, Antiwasserstoffatome schneller und in größerer Zahl zu produzieren, beschleunigt die Zeitpläne für Tests fundamentaler Symmetrien erheblich. Ein historischer Meilenstein des Vorgängers ATHENA und von ALPHA war bereits im Juni 2011 die erstmalige erfolgreiche Speicherung von Antimaterieatomen für über 16 Minuten.

Die gesteigerte Produktionsrate wirkt sich unmittelbar auf laufende Experimente aus, insbesondere auf ALPHA-g, das die Reaktion von Antimaterie auf die Gravitation untersucht. Die Überprüfung des Äquivalenzprinzips der Allgemeinen Relativitätstheorie, also ob sich Antiwasserstoff genauso wie Wasserstoff verhält, wird nun mit beispielloser Präzision möglich. Niels Madsen, stellvertretender Sprecher von ALPHA und Leiter des Positronenkühlungsprojekts, betonte, dass die neue Technik es erlaubt, Antiwasserstoff über Nacht anzusammeln und bereits am nächsten Tag eine Spektrallinie zu messen, was zuvor zehn Wochen in Anspruch nahm. Die ALPHA-Apparatur, angesiedelt am Antiprotonendecelerator (AD) des CERN, nutzt magnetische Fallen, um die elektrisch neutralen Antiwasserstoffatome zu binden, da diese nicht wie geladene Teilchen in elektrischen Feldern gehalten werden können.

Die Forschung am CERN konzentriert sich auf den Vergleich von Wasserstoff- und Antiwasserstoffspektren, um mögliche Verletzungen der CPT-Symmetrie aufzudecken. Die nun erreichte Effizienzsteigerung durch die sympathische Kühlung mittels Beryllium-Ionen markiert einen Wendepunkt in der experimentellen Teilchenphysik. Die Forscher rücken damit der Lösung eines der tiefsten Rätsel der Physik näher, indem sie die Eigenschaften von Antimaterie mit einer Genauigkeit untersuchen, die durch die bisherige Datenknappheit stark limitiert war.