Positroniuminterferometrie

Das Aufeinanderschießen von Elementarteilchen wie beim Large Hadron Collider oder alternativ das Schießen von Strahlen auf Materialien, hilft uns, grundlegende physikalische Wechselwirkungen zu verstehen. Das Verhalten von Antimaterieteilchen ist besonders interessant, da das sichtbare Universum zwar aus Materie besteht, jedoch wissen wir immer noch nicht, warum dem so ist. Daher könnten Unterschiede in der Art und Weise, wie sich Materie und Antimaterie verhalten, uns neue Einblicke in die Physik geben. Während alle Teilchen Antimaterie-Gegenstücke haben, sind Positronen (e+), die positiv geladenen Antiteilchen der Elektronen (e), am einfachsten experimentell herzustellen und zu kontrollieren, haben keine innere Struktur und bilden die Grundlage für komplexere Antimaterie. Geladene Teilchenstrahlen sind jedoch für präzise Experimente schwierig. Eine Art neutraler Antimateriestrahl, der beginnt Aufmerksamkeit zu erregen, ist Positronium, der gebundene Zustand eines Positrons und eines Elektrons. Aufgrund der Quantennatur der Materie verhalten sich Elementarteilchen wie Wellen, und somit kann ihre Interferenz gemessen werden. Solche Experimente liefern immer genauere Tests der Quantenmechanik. Das Projekt wird Computersimulationen verwenden, um die Wechselwirkung eines Positroniumstrahls mit Graphen zu modellieren und Experimente eines Projektpartners in Japan anzuleiten. Dies könnte die erste Messung der neutralen Antimateriewelleninterferenz ermöglichen und Hinweise auf neue Physik liefern.

Das Beschießen von Materialien mit Strahlen ist ein Weg, um grundlegende physikalische Wechselwirkungen zu verstehen, und das Verhalten von Antimaterieteilchen ist besonders interessant. Die Verwendung von Positronium, dem gebundenen Zustand eines Positrons und eines Elektrons, als neutraler Antimateriestrahl bleibt eines der attraktivsten experimentellen Systeme. Das Projekt basierte auf einer engen theoretischen und experimentellen Zusammenarbeit zwischen Forschern der Universität Wien und der Tokyo University of Science. Das Wiener Team modellierte mit Hilfe von Computersimulationen die Streuung eines Positroniumstrahls an Graphen und leitete damit die für das Tokioter Labor geplanten Experimente. Zur Koordinierung der Arbeiten waren mehrere Langzeitbesuche in Japan geplant. Leider wurde das Projekt durch die COVID-19-Pandemie stark beeinträchtigt. Es konnten keine Besuche in Japan durchgeführt werden, und die Einreise in das Land ist nach wie vor äußerst eingeschränkt. Wiederholte Lockdowns und Engpässe in der Versorgungskette verzögerten die geplante experimentelle Arbeit weiter. Glücklicherweise blieben alle Teammitglieder und MitarbeiterInnen gesund und wohlauf. Die theoretischen Arbeiten des Wiener Teams haben die Positroniumstreuung an Graphen erfolgreich modelliert und das zu erwartende Signal bei experimentell verfügbaren Strahlenergien vorhergesagt. Die erste Messung der Interferenz von neutralen Antimateriewellen konnte zwar noch nicht durchgeführt werden, aber die Zusammenarbeit wird fortgesetzt, so dass in Zukunft weitere Ergebnisse erwartet werden können.