Anfängerfragen zur Antimaterie

[Stephen]

Hallo zusammen,

durch den thread über mögliche andere Lebensformen im Universum bin ich wieder einmal über die Antimaterie gestolpert. Vielleicht könnt ihr mir da mal etwas auf die Sprünge helfen.

Frage 1:
Angeblich soll die Stabilität des Universums auf einem Ungleichgewicht von Materie und Antimaterie beruhen – nach dem Urknall haben sich beide Arten vernichtet und etwas (sichtbare) Materie ist übrig geblieben. Daraus besteht das heute sichtbare Weltall. Richtig? Wie kam es zu diesem Ungleichgewicht bzw. wie lässt es sich erklären?

Frage 2:
Woher kommt Antimaterie heute, wenn sie doch angeblich vollständig vernichtet worden ist?

Frage 3:
Ein – theoretisch angenommener – Körper aus Antimaterie ist ebenso aus Atomen und Molekülen aufgebaut wie einer aus sichtbarer Materie, im Unterschied dazu bestehen aber ihre Kerne aus Antiprotonen und Antineutronen (statt Protonen und Neutronen). Beim „Berühren“ mit sichtbarer Materie würden sich beide unter Energiefreisetzung vernichten. Richtig?

Frage 4:
Positronen zählen bereits zur Antimaterie! Richtig oder falsch?

Frage 5:
Im CERN kann Antimaterie hergestellt werden, aber nur für eine extrem kurze Zeit. Welche Energien sind dafür notwendig? Entnimmt die erzeugte Menge Antimaterie bei ihrer (Selbst-)Zerstörung Atome aus unserer Atmosphäre?

Ich hoffe, dass diese Fragen euch nicht zu sehr unterfordern, ich habe sie deshalb auch nur ins off-topic gestellt. Aber auf diesem Gebiet verstehe ich echt nur Bahnhof...

Gruß
Steffen

[Maclane]

Frage 1:
Angeblich soll die Stabilität des Universums auf einem Ungleichgewicht von Materie und Antimaterie beruhen – nach dem Urknall haben sich beide Arten vernichtet und etwas (sichtbare) Materie ist übrig geblieben. Daraus besteht das heute sichtbare Weltall. Richtig? Wie kam es zu diesem Ungleichgewicht bzw. wie lässt es sich erklären?

Das läuft unter einem Begriff names CP-Verletzung. Gravi hat dazu auf seiner Homepage (beim Thema Urknall) etwas geschrieben.
Im Grunde läuft es darauf hinaus, dass bei Zerfallsprozessen (durch die schwache Wechselwirkung) von schweren Teilchen in leichtere Teilchen letztlich immer eine Sorte bevorzugt wird. Dass wir die bevorzugte Sorte nun Materie nennen und nicht Anti-Materie ist reiner Zufall.
Allerdings meine ich letztens auch gelesen zu haben, dass die CP-Verletzung allein noch nicht für den Materieüberschuss im Universum ausreicht.

Die Frage, warum es soviel Materie gibt aber keine Anti-Materie, ist wohl noch nicht abschließend geklärt.

Gruß
Mac

[Stephen]

Vielen Dank für die schnellen Antworten - hat mir echt weiter geholfen. Danke

Ein Problem habe ich noch mit Frage 2. Werner hatte in einem anderen thread angedeuted, dass es u.U. Lebewesen aus Antimaterie geben könnte - natürlich nur rein spekulativ. Wo und wie könnte sich Antimaterie "abschirmen" vom sichtbaren Universum?

Gruß
Steffen

[gravi]

Hallo Stephen,

zunächst einmal habe ich das Thema wie zu sehen verschoben.
Das ist viel zu interessant, als dass es im OT verstauben sollte! Außerdem haben wir ja extra einen neuen Bereich für solche Themen eingerichtet - in Zukunft also bitte solche Dinge hier posten.

Ob und wie sich Antimaterie überhaupt im Universum von normaler Materie isolieren könnte weiß ich leider auch nicht. Im Grunde dürfte die räumliche Distanz aber schon ausreichend sein - wir haben es im Kosmos ja immerhin mit riesigen Distanzen zu tun.

Dennoch bin ich persönlich eher skeptisch, ob solche Bereiche tatsächlich existieren. Wenn wir aber in der Tat einmal H- oder He- Kerne aus Antimaterie in der Kosmischen Strahlung nachweisen - dann müssen wir wohl oder übel die Geschichte des Universums neu schreiben...

Gruß
gravi

[Stephen]

Hallo zusammen,

zu Frage 5 (Herstellung von Antimaterie im CERN) hätte ich dann doch noch eine Frage:
Ein absolutes Vakuum auf der Erde zu erzeugen, ist meines Wissens (noch) nicht möglich. Wäre das machbar, könnte die Antimaterie ja auch beliebig lang "überleben". Oder wo steckt nun mein Denkfehler?

Gruß
Steffen

[Maclane]

Im Cern will man ja nicht die Antimaterie haben, damit sie ewig da rumfliegt. Sondern wie Sculletto schon schrieb, will man die Anti-Teilchen mit normalen Teilchen kollidieren lassen (mit fast Lichtgeschwindigkeit).
Damit kriegt man sehr viel Energie auf sehr kleinem Raum zusammen und kann dann gucken, was da passiert (ist).

Gruß
Mac

[seeker]

Ein absolutes Vakuum ist auf der Erde nicht herstellbar.
Das Beste, was man zur Zeit bei normalen Temperaturen erreicht liegt bei ca. 10^-13 mbar - das sind aber immer noch ca. 1000 Gasteilchen pro cm³!
Das liegt daran, dass bei extrem niedrigen Drücken z.B. die unvermeidliche Diffusion von Gasteilchen durch die Metallwände der Vakuumkammer eine Rolle spielt.
Auch das Ausgasen der Metallwände (Desorption) spielt eine Rolle: Daher braucht es sehr lange um solche Drücke zu erzeugen.
Wenn man die Kammer mit flüsigem Helium kühlt kommt man auf ca. 10^-16 mbar = 1 Gasteilchen pro cm³ - das ist aber extrem teuer und sehr aufwendig.
Dieser Druck entspricht etwa dem Druck im Weltraum auf einer geostationären Umlaufbahn um die Erde (Abstand zur Erde = ca. 36.000 km).

Im Weltraum herrschen zum Teil noch viel niedrigere Drücke.
So ist im Interplanetaren Raum nur noch ein Druck von ca. 10^-18 mbar gegeben.
Zwischen den Sternen und besonders zwischen den Galaxien ist der Druck noch viel geringer.

Was man tun kann:
Man kann die Antimaterie ionisieren und dann mit Magnetfeldern einschließen. So kann sie relativ lange überleben.
Ohne Einschluss durch Felder, werden die Antimaterieteilchen irgendwann die Kammerwand berühren und dann annihiliert werden - auch ohne Materieteilchen in der Vakuumkammer. Technisch ist das alles sehr schwierig zu realisieren.

Grüße
seeker

[Stephen]

Dank eurer Antworten fasse ich dann einmal zusammen:

Was ist Antimaterie?

Nach dem Urknall entstanden Moleküle und Atome mit elektrisch positiv geladenen Protonen und Neutronen sowie negativ geladenen Elektronen (Materie) als auch Moleküle und Atome mit elektrisch negativ geladenen Antiprotonen und Antineutronen sowie positiv geladenen Positronen (Antimaterie).

Materie und Antimaterie löschten sich nach dem Urknall unter Freigabe von Energie fast komplett aus. Aus einem geringen Übergewicht von Materie (auch unter dem Namen CP-Verletzung bekannt, jedoch noch nicht abschließend geklärt) entstand das heute für uns sichtbare Universum.

Prinzipiell würde sich Antimaterie ebenso wie Materie verhalten – falls es sie noch geben würde. Um es mathematisch auszudrücken: Sowohl 2 * 2 als auch -2 * -2 ergeben jeweils 4. Man geht aber davon aus, dass sich Antimaterie nur noch künstlich und dann auch lediglich für sehr kurze Zeit in Teilchenbeschleunigern (z.B. im CERN) erzeugen lassen kann. Vollkommen ausgeschlossen ist es jedoch trotzem nicht, dass sich in den Weiten des Universums noch Stellen befinden, in denen Objekte – vielleicht sogar höher entwickelte Organismen – aus Antimaterie existieren könnten.

Eine Begegnung eines Menschen mit einem dieser - natürlich rein spekulativ angenommenen - Lebewesen aus Antimaterie wäre allerdings für beide Seiten kein Vergnügen - beide würden sich sofort auflösen...

Könnt ihr mit so einer Definition leben?

Gruß
Steffen

[Stephen]

Tja, dann habe ich es eben immer noch nicht kapiert...

Wieso spricht man dann von Antineutronen und Antiprotonen, wenn die nicht einmal die Möglichkeit hatten, sich zu solchen in Atomen und Molekülen zu formieren...

[Stephen]

@Sculletto:
Besten Dank für die vielen Infos, muss ich allerdings erst einmal verdauen...

Ist bei mir irgendwie genau so wie beim Schachspielen: Ich habe fast alle meine Gegenüber eigentlich über die gesamte Spielzeit vollständig im Griff, um am Ende doch noch matt zu gehen. Soll in Bezug auf diesen thread heißen: Ich glaubte gerade, das Thema verstanden zu haben, da wird man dann doch eines Besseren belehrt

Gruß
Steffen

[seeker]

Weil die Eigenschaft von Antineutronen und Antiprotonen, Antiteilchen zu sein, eigentlich nichts damit zu tun hat, dass daraus Antimaterie-Atome aufgebaut werden können.

Das ist richtig - es heißt aber nicht, dass es keine Antimaterie-Atome gibt.
Siehe z.B. hier:
http://de.wikipedia.org/wiki/Antiwasserstoff

@Stephen:
Ich finde deine Zusammenfassung gar nicht schlecht. Natürlich lässt sich dieses Bild beliebig verfeinern - aber als Ausgangsbasis darfst du das m. E. erst mal so nehmen (mit den Verfeinerungen von Sculletto). Darauf kannst du aufbauen.
Sculletto ist halt sehr genau...

Beste Grüße
seeker