Fachvortrag von Marcel Leonhardt, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, BASE/STEP CERN

Warum leben wir in einem Materie-Universum?

Nach heutigen Erkenntnissen sollten im frühen Universum Materie und Antimaterie in gleicher Menge entstanden sein und sich beide gegenseitig vernichtet haben. Denn treffen sie aufeinander, kommt es zur Annihilation. Die Tatsache, dass unser Universum heute aus Materie besteht, gehört daher zu den grundlegenden offenen Fragen der modernen Physik. Um diesem Rätsel näherzukommen, vergleichen Physikerinnen und Physiker die Eigenschaften von Teilchen und Antiteilchen mit höchster Präzision. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf Antiprotonen, den Antiteilchen der Protonen.

Das CERN ist derzeit weltweit der einzige Ort, an dem Antiprotonen gezielt erzeugt und für solche Experimente bereitgestellt werden können. Doch Antiprotonen-Präzisionsmessungen erfordern extrem stabile Magnetfelder, während die „Antimaterie-Fabrik“ des CERN ihre Magnetfelder kontinuierlich verändern muss, um Antiprotonen zu erzeugen und für Messungen abzubremsen. Die Forschenden der BASE-Kollaboration wollen deshalb Antiprotonen an Orte transportieren, an denen deutlich ruhigere Messbedingungen herrschen, etwa an die Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf. Im März gelang erstmals der Transport von Antimaterie aus den Beschleunigerhallen des CERN heraus. Ein Durchbruch, der lange als Science-Fiction galt und eine Technologie realisiert, die unter anderem in Dan Browns Bestseller-Roman Illuminati und dessen Verfilmung beschrieben wird.

In diesem Vortrag werfen wir nun einen Blick darauf:
Wie wird Antimaterie überhaupt hergestellt? Wie gelingt es, zu verhindern, dass sie sofort wieder annihiliert? Wir betrachten, wie das BASE-Experiment am CERN mithilfe quantenphysikalisch anspruchsvoller Methoden hochpräzise Messungen an Antiprotonen durchführt und wie es gelungen ist, Antiprotonen tatsächlich aus dem Laborumfeld heraus „auf die Straße zu bringen“. Auch widmen wir uns der großen Frage: Wie realistisch ist Dan Browns Darstellung wirklich und was bräuchte es, um Antimaterie vom CERN zu „klauen“ und in Richtung Vatikan zu transportieren?

Marcel Leonhardt ist Doktorand bei Prof. Dr. Stefan Ulmer an der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf im Bereich der experimentellen Teilchenphysik mit Schwerpunkt auf Quantentechnologien und fundamentalen Symmetrien. Er studierte Medizinische Physik in Düsseldorf und wurde als Stipendiat der Studienstiftung des deutschen Volkes gefördert. Seit 2024 ist er Teil der internationalen BASE-Kollaboration am CERN, wo er als führender Doktorand am transportablen Penningfallen-System BASE-STEP arbeitet. Seine Masterarbeit zum ersten Protonentransport mit BASE-STEP wurde mit dem Wolfgang-Paul-Studienpreis der Deutschen Gesellschaft für Massenspektrometrie ausgezeichnet. Im Rahmen seiner Promotion gelang erstmals der erfolgreiche Transport von Antiprotonen. Neben seiner Forschung engagiert er sich in der Wissenschaftskommunikation und ist als Show-Moderator sowie Vorstandsmitglied im Galileum tätig.