Spiegelsymmetrie und Antimaterie

Die Spiegelsymmetrie der Elementarteilchen besagt, dass es zu jedem Elementarteilchen ein identisches Paarteilchen gibt, das sich nur durch die entgegengesetzte Ladung unterscheidet. Diese Teilchen heißen Antiteilchen und bestehen aus Antimaterie. Teilchen mit neutraler Ladung und Masse (Photon, Graviton) sind jeweils ihre eigenen Antiteilchen. Auch die Antiteilchen zählen zu den Elementarteilchen.

Trifft ein Materieteilchen auf sein Antiteilchen, zerstrahlen beide unter Bildung von Photonen. Die Photonen haben dabei jeweils die Energie, die der Masse der ursprünglichen Teilchen entspricht, nach Einsteins E = m x c². Der englische Physiker Paul Dirac sagte breits um 1920 die Existenz von Antimaterie voraus. 1932 wurde das Positron als erstes Antiteilchen entdeckt und 1950 das Anti-Proton.

Die nachfolgende Liste zeigt die wichtigsten Materie-Teilchen und ihr jeweiliges Antimaterie-Teilchen.

Spiegelbildsymmetrie und Spiegelmaterie

Bis zum Jahr 1956 gingen Physiker davon aus, dass die Gesetze der Physik einer Links-Rechts-Symmetrie folgen und dass jedes Materie-Teilchen auch einen spiegelbildlichen Partner hat. Ein solches Spiegelmaterie-Teilchen würde in allen Teilcheneigenschaften (Masse und Ladung) mit dem gewöhnlichen Materie-Teilchen übereinstimmen, ausgenommen dem Spin, der die Richtung der Teilchen-Rotation beschreibt.

Kurzzeitig schien diese Theorie bestätigt, weil nachgewiesen werden konnte, dass alle Neutrinos linkshändig und alle Anti-Neutrinos rechtshändig sind. Tatsächtlich stellte sich jedoch heraus, dass bei dem kurzlebigen Elementarteilchen Kaon die Links-Rechts-Symmetrie nicht bestätigt werden konnte. Vielmehr wurde eine "Linkshändigkeit" bei den grundlegenden Gesetzen der Physik festgestellt, denn sowohl das Kaon als auch das Anti-Kaon waren linkshändig.

Während aufgrund der Spiegelsymmetrie zu jedem Elementarteilchen ein Antiteilchen aus Antimaterie nachgewiesen und zugeordnet werden konnte, wurde dagegen nicht für jedes Elementarteilchen mit geradzahligem Spin ein spiegelbildliches Elementarteilchen mit einem ungeradzahligem Spin entdeckt.

Diese Ergebnisse ließen den Schluß zu, dass es eine Spiegelbildsymmetrie geben könnte, wenn eine neue Form von Materie, die Spiegelmaterie, existiert. Diese konnte aber bisher noch nicht nachgewiesen werden.