Teilchen und Antiteilchen haben entgegengesetzte Eigenschaften, wie elektrische Ladung. Zum Beispiel ist das Antiteilchen des negativen Elektrons das positive Positron. Jeder physikalische Prozess, den wir kennen, erzeugt gleiche Mengen an Materie und Antimaterie.
Wenn ein Teilchen jedoch auf sein Antiteilchen trifft, „vernichtet“ es sich schließlich in hochenergetische Photonen. Als solches sollte das Universum keine Materie oder Antimaterie enthalten und nur ein Meer von Photonen sein. Stattdessen enthält es genug Materie, um ungefähr zwei Billionen Galaxien zu bilden, und, soweit wir das beurteilen können, keine Antimaterie.
Ein Hinweis darauf, was mit der ganzen Antimaterie passiert ist, ergibt sich aus der Tatsache, dass das „Nachglühen“ des Urknalls (die kosmische Hintergrundstrahlung) etwa 10 Milliarden Photonen für jedes Materieteilchen im heutigen Universum enthält. Das sagt uns, dass beim Urknall 10 Milliarden und ein Materieteilchen auf 10 Milliarden Antimaterie kamen und nach einer Vernichtungsorgie 10 Milliarden Photonen auf jedes Materieteilchen.
Physiker haben lange nach einer subtilen Asymmetrie in den Gesetzen der Physik gesucht, die diesen Überschuss an Materie gegenüber Antimaterie beim Urknall erklärt. Und sie glauben, sie könnten es im Verhalten von Neutrinos gefunden haben.
Neutrinos sind gespenstische subatomare Teilchen, die selten mit Materie interagieren. (Halten Sie Ihren Daumen hoch; ungefähr 100 Milliarden Neutrinos, die durch Kernreaktionen in der Sonne erzeugt werden, passieren jede Sekunde Ihren Daumennagel.) Neutrinos gibt es in drei Arten und jedes Neutrino ändert sich kontinuierlich von einem Elektron-Neutrino zu einem Myon-Neutrino zu einem Tau -neutrino und wieder zurück.
Seit 2016 versuchen Physiker am T2K-Experiment in Japan zu zeigen, dass sich Neutrinos anders verhalten als Antineutrinos. Dazu erzeugen sie Strahlen von Myon-Neutrinos und Myon-Antineutrinos in einer Anlage in Tokai und senden sie an den riesigen unterirdischen Detektor Super-Kamiokande, 295 km entfernt.
Bisher haben sie mehr Elektron-Neutrinos und weniger Elektron-Antineutrinos entdeckt als erwartet, was darauf hindeutet, dass sich Neutrinos anders verhalten als Antineutrinos. Es ist ein kleiner Effekt, der bestätigt werden muss, aber er könnte den Mechanismus zur Schaffung eines von Materie dominierten Universums liefern.
Neutrinos haben zu wenig Masse, um das Universum zu verändern. Entscheidend ist jedoch, dass sie sich nur im Uhrzeigersinn um ihre Flugrichtung drehen, und Physiker fragen sich, ob Neutrinos und Antineutrinos beim Urknall superschwere Partner mit entgegengesetztem Spin hatten.
Diese ultraschweren Teilchen hätten sich nur unter den hochenergetischen Bedingungen des Urknalls bilden können und wären schnell in die Teilchen zerfallen, die wir heute sehen. Dabei hätten sie dem Kosmos ihre Asymmetrie aufprägen können, indem sie die 10 Milliarden und ein Materieteilchen für jeweils 10 Milliarden Antimaterie produzierten, die erforderlich sind, um zu erklären, warum wir in einem Universum leben, das ausschließlich aus Materie besteht.
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