100-fach präziser: ALPHA knackt Rekorde bei Antiwasserstoff-Messung

In einem Durchbruch, der die Erforschung atomarer Antimaterie verändert, hat die ALPHA-Kollaboration am CERN gleich zwei Rekorde gebrochen: die Produktionsmenge und die Messgenauigkeit für Antiwasserstoff, das einfachste Antimaterie-Atom. Durch das Kühlen von Positronen auf Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt kann das Team nun tausende Antiatome mehr als je zuvor speichern und eine entscheidende interne Energielücke hundertmal genauer vermessen. Die Ergebnisse bringen Physiker der Antwort auf eines der hartnäckigsten Rätsel der Kosmologie näher: Warum das beobachtbare Universum fast ausschließlich aus Materie besteht, obwohl der Urknall gleiche Teile Materie und Antimaterie hätte produzieren sollen.

Der Quantensprung in der Präzision

Eine am 27. Mai 2026 bekannt gegebene Messung der Hyperfeinaufspaltung des Grundzustands von Antiwasserstoff erreichte eine Genauigkeit von 4 Teilen pro Million (ppm) . Das ist eine hundertfache Verbesserung gegenüber dem Ergebnis der Kollaboration von 2017, das bei 400 ppm lag . Die Hyperfeinaufspaltung ist die winzige Energielücke, die durch magnetische Wechselwirkungen zwischen dem Antiproton und dem Positron im Antiatom entsteht . Zur Einordnung: Bei gewöhnlichem Wasserstoff ist dieselbe Aufspaltung auf besser als 1 Teil pro Billion bekannt und erzeugt die berühmte 21-Zentimeter-Linie, die in der Radioastronomie genutzt wird . Da Antiwasserstoff nun mit einer Genauigkeit von 4 ppm vermessen wurde, wird endlich ein direkter, strenger Vergleich zwischen Materie und Antimaterie auf einem Niveau möglich, das die CPT-Symmetrie – das fundamentale Prinzip, dass die Gesetze der Physik unverändert bleiben, wenn Ladung, Parität und Zeit gleichzeitig umgekehrt werden – sowie die Quantenelektrodynamik, die Theorie der Wechselwirkung geladener Teilchen mit Licht, ernsthaft testen kann .

Die Kühl-Revolution hinter dem Erfolg

Der Präzisionssprung wurde durch einen separaten Produktionsdurchbruch ermöglicht, der im November 2025 in Nature Communications veröffentlicht wurde . Die zentrale Innovation ist das sympathetische Kühlen: Forscher nutzten Beryllium-Ionen (Be⁺), die mit einem 313-Nanometer-Laser Doppler-gekühlt werden, um Positronen-Plasmen auf Temperaturen unter etwa 10 Kelvin abzukühlen, mit direkt gemessenen Werten unter 7 Kelvin . Die Temperatur der Positronen war lange Zeit der Flaschenhals für das Speichern von Antiwasserstoff. Kältere Positronen verbinden sich viel leichter mit Antiprotonen zu speicherbaren, kalten Antiatomen .

Mit der neuen Technik kann ALPHA nun in weniger als sieben Stunden über 15.000 Antiwasserstoff-Atome ansammeln . Das bedeutet eine achtfache Steigerung der Einfangrate – und eine mehr als zwanzigfache Verbesserung gegenüber dem vorherigen Rekord . Zur Einordnung: Im Jahr 2010 fing ALPHA etwa 0,1 Antiwasserstoff-Atome pro experimentellem Zyklus ein. Bis 2024 war diese Zahl auf etwa 160 Atome pro Zyklus gestiegen. Der Fortschritt durch die Beryllium-Kühlung trieb die Zahl dann dramatisch in die Höhe .

Der Blick nach vorn: Tests der fundamentalen Physik

Die schiere Menge an Antiatomen steigert direkt die statistische Aussagekraft für Präzisions-Laser- und Mikrowellenspektroskopie . Mit tausenden gleichzeitig gespeicherter Antiwasserstoff-Atome kann ALPHA nun systematische Studien und Untersuchungen zu siderischen Effekten – also möglichen tageszeitabhängigen Schwankungen fundamentaler Konstanten – in Angriff nehmen, die zuvor unmöglich waren . Zusammen geben die Rekordzahl an Antiatomen und die 4-ppm-Hyperfeinmessung dem Experiment einen klaren Weg zu CPT-Tests im Bereich von Teilen pro Billion vor – den Bereich, in dem Theoretiker subtile Risse im Standardmodell der Teilchenphysik erwarten .