Auf der Suche nach der Hawking-Strahlung

Ein internationales Forscherteam hat vergangene Woche in der Antarktis mit Hilfe eines Höhenballons ein Instrument zur Suche von Antimaterie gestartet. Gestern landete der Ballon wieder wohlbehalten nach acht Tagen Flugzeit.

Ein Beitrag von rogerspinner. Quelle: KEK/NASA.

Das Team unter der Leitung von Professor Akira Yamamoto von der japanischen High Energy Accelerator Research Organization (KEK) versucht den Ursprung der kosmischen Antimaterie zu verstehen und einen Beweis für die Existenz der so genannten Hawking-Strahlung zu erbringen.

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Die Instrumentenplattform von Bess-Polar kurz vor dem Start.

(Bild: KEK/NASA)

Das dazu verwendete Instrument, BESS-Polar, wurde am 13. 12. 2004 erfolgreich von der McMurdo Station in der Antarktis aus mit Hilfe eines Höhenballons gestartet. Um die Chancen zu erhöhen die gesuchte Hawking-Strahlung zu finden, hoffte das Team auf einen mindestens zehntägigen Flug, oder wenigstens eine Südpolumkreisung in einer Höhe, die über 99% der Atmosphäre liegt. Das Instrument kreiste in einer Höhe von rund 39 Kilometern um den Südpol und landete gestern, nach einem erfolgreichen Flug von acht Tagen und zwölf Stunden, wohlbehalten auf dem Ross Ice-Shelf.

BESS-Polar ist ein Projekt, an dem Wissenschaftler des japanischen KEK, der Universität Tokyo und dem japanischen Institute of Space and Astronautical Science zusammen mit der NASA und der Universität von Maryland beteiligt sind. BESS steht dabei für Balloon-borne Experiment with a Superconducting Spectrometer.

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Diesen Weg legte BESS-Polar während der letzten acht Tage zurück.

(Bild: KEK/NASA)

Aber was genau soll BESS-Polar eigentlich finden? Der Theorie von Professor Steven R. Hawking zufolge, können Schwarze Löcher durch die nach ihm benannte Hawking-Strahlung über einen sehr langen Zeitraum hinweg Masse verlieren. Dabei geht man von einem Vakuumzustand aus, in dem ständig virtuelle Teilchenpaare aus Materie und Antimaterie entstehen und wieder verschwinden. Nun passiert es, dass durch die starke Gravitationskraft des Schwarzen Loches diese Paare getrennt werden und ein Teilchen ins Schwarze Loch fällt, während das andere Teilchen ins All entkommt. Erstreckt sich dieser Prozess über viele Milliarden Jahre, so könnte dies bis hin zum Auflösen des Schwarzen Loches führen. Dieser Vorgang sähe dabei für einen Beobachter aus, als würde das Schwarze Loch zerstrahlen oder verdampfen.

Antimaterie besteht aus Partikeln, welche grundsätzlich gleich wie Materiepartikel sind, jedoch gegenteilige Charakteristiken aufweisen. Als Beispiel: Protonen besitzen eine positive Ladung, Antiprotonen eine negative. Antiprotonen die im Weltall entstanden sind, bombardieren die Erde in Form von kosmischen Strahlen, welche aus Elementarteilchen bestehen, die sich mit annähernder Lichtgeschwindigkeit fortbewegen. Wenn Materie und Antimaterie kollidieren, zerstören sie sich gegenseitig, dabei entsteht reine Energie.

Die Urknalltheorie besagt, dass zu Beginn des Universums, noch vor dem “Big Bang“, gleiche Mengen von Materie und Antimaterie existiert haben müssen. Irgendwie verschob sich dann kurz vor dem eigentlichen Knall das Gleichgewicht zu Gunsten der Materie, so entstand das Universum wie wir es heute kennen. Eines der Ziele von BESS-Polar ist es, festzustellen ob es Anzeichen für Antimaterievorkommen gibt, die den Big Bang überlebt haben. Das scheinbare Ungleichgewicht von Materie und Antimaterie ist ein fundamentaler Teil der Elementarteilchenphysik sowie der Astronomie.

Das Finden von Antiprotonpartikel in einer Menge und einem Energiebereich, die durch die Theorie vorausgesagt wurde, ist somit ein primäres Ziel der Mission und würde bei einer erfolgreichen Entdeckung wohl als zwingenden Beweis für Hawkings Theorie dienen.

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Start des Höhenballons zu seinem mehrtägigen Flug um den Südpol.

(Bild: KEK/NASA)

Die nördlichen und südlichen Polarregionen sind laut Professor Yamamoto die besten Plätze um niederenergetische Antiprotonen zu finden. Das Magnetfeld der Erde schützt uns vor Antiprotonen und anderer kosmischen Strahlung aus dem Weltall. Das Magnetfeld lenkt die geladenen Teilchen dabei in Richtung der Pole ab und so ist dort die Konzentration niederenergetischer kosmischer Strahlung, die in die Atmosphäre eindringt sehr hoch.

Dies war der erste Flug von BESS-Polar. Wissenschaftler führten in der Vergangenheit bereits mit einer Vorgängerversion, die BESS hiess, eintägige Flüge im Norden Kanadas durch. Die Versuche fanden zwischen 1993 und 2002 statt. Dabei fing das Instrument Millionen von kosmischen Strahlen und einige tausend niederenergetische Antiprotonen ein.

Um bessere Analysen zu erhalten, sind nun jedoch wesentlich mehr Teilchen nötig. Es bleibt also zu hoffen, dass das laufende Projekt die gewünschten Erkenntnisse liefert und damit unser Wissen über das frühe Universum um ein weiteres Puzzlestück bereichert.

Weiterführende Websites:

Homepage des BESS-Polar-Projektes (engl.)

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