CERNs ALPHA-Kollaboration vervierfacht Antiwasserstoff-Produktionsrate durch neue Positronenkühlung

Die internationale ALPHA-Kollaboration am CERN, dem Europäischen Zentrum für Teilchenphysik, hat im November 2025 einen wesentlichen technologischen Fortschritt in der Antimaterieforschung bekannt gegeben. Durch die Implementierung einer neuen Methode zur Positronenkühlung konnte die Erzeugungsrate von Antiwasserstoffatomen um das Achtfache gesteigert werden. Dieser Durchbruch, erzielt in der Antimatter Factory des CERN, beschleunigt die Untersuchung fundamentaler physikalischer Fragen.

Die technische Grundlage dieser Effizienzsteigerung ist die sogenannte „sympathische Kühlung“ der Positronen, welche mithilfe von lasergekühlten Berylliumionen realisiert wurde. Zuvor wurden die Positronen in einer Penning-Falle gehalten, wo sie Energie durch Kreisbewegung verloren, was die optimale Verschmelzung mit den Antiprotonen einschränkte. Die Einführung der Berylliumionen als Kühlmedium senkte die Temperatur der Positronenwolke auf nahezu –266 °C ab. Diese drastische Abkühlung erhöht die Wahrscheinlichkeit der erfolgreichen Kombination von Antiprotonen und Positronen zu stabilen Antiwasserstoffatomen signifikant.

Die quantifizierbare Verbesserung der Verfügbarkeit ist bemerkenswert: Während frühere Experimente bis zu zehn Wochen benötigten, um die für präzise Spektroskopie notwendigen rund 16.000 Atome zu sammeln, können nun in weniger als sieben Stunden über 15.000 Antiwasserstoffatome gewonnen werden. Insgesamt produzierte die ALPHA-Kollaboration in den Versuchsreihen von 2023 bis 2024 über zwei Millionen Antiwasserstoffatome. Die Fähigkeit, brauchbare Proben über Nacht vorzubereiten, transformiert die Untersuchung von einer seltenen Beobachtung hin zu einem systematischen Forschungsprozess.

Die primäre Implikation dieser Entwicklung betrifft die Präzisionsuntersuchungen im Rahmen des ALPHA-g-Experiments, das das Verhalten von Antimaterie unter dem Einfluss der Gravitation testet. Die Allgemeine Relativitätstheorie postuliert das Äquivalenzprinzip, wonach alle Massenformen gleichermaßen von der Gravitation beeinflusst werden sollten. Die erhöhte Atomzahl ermöglicht nun wesentlich genauere Messungen, um festzustellen, ob die Gravitationskonstante für Antimaterie exakt mit der für gewöhnliche Materie übereinstimmt.

Jeffrey Hangst, Sprecher des ALPHA-Experiments, bemerkte, dass diese Produktionszahlen vor einem Jahrzehnt noch als Science-Fiction gegolten hätten. Niels Madsen, stellvertretender Sprecher und Leiter des Positronenkühlungsprojekts, klassifizierte diese Veränderung als einen Paradigmenwechsel in der Spitzenforschung. Die ALPHA-Kollaboration, zu der Forscher globaler Institutionen wie der Aarhus Universität und der University of California, Berkeley, gehören, setzt damit einen neuen Maßstab in der Antimaterie-Physik und eröffnet zukünftige Möglichkeiten für Experimente wie Anti-Atom-Fontänen.