Der Ort ist England. Das Jahr ist 1928. Einer der Begründer der Quantenmechanik, Paul Dirac, kratzt sich am Kopf, weil die Lösungen seiner Gleichungen zu unerwarteten Ergebnissen geführt haben. Damit die Lösungen einen Sinn ergeben, so seine Überlegung, muss es ein Teilchen geben, das die Masse eines Elektrons, aber die entgegengesetzte Ladung hat. Zu dieser Zeit war die Existenz eines solchen Teilchens nicht bekannt.
Es vergehen einige Jahre, bis der amerikanische Physiker Carl Anderson ein „positives“ Elektron, ein Positron, beobachtet, das Diracs Vorhersage bestätigt.
Nahezu 80 Jahre später werden Positronen und andere Antiteilchen immer noch untersucht, um grundlegende Fragen über das Universum und die darin enthaltene Materie zu beantworten. Antimaterie kann, wie der Name schon sagt, als das Gegenteil von gewöhnlicher Materie beschrieben werden. Jedes Teilchen im Universum hat Eigenschaften wie Masse und Ladung. Bei Antimaterie bleibt die Masse konstant, aber das Vorzeichen der Ladung kehrt sich um. Alle Teilchen haben ein Antimaterie-Gegenstück, sogar das ladungslose Neutron (seine konstituierenden Quarks haben eine Ladung; das Antineutron ist aus Antiquarks zusammengesetzt).
Im Gegensatz zur Materie ist die Antimaterie nicht häufig. Solange man sich nicht in der oberen Atmosphäre oder in einem Teilchenbeschleuniger befindet, wird man nicht über sie stolpern. „Antimaterie war nicht immer so selten“, sagt Stéphane Coutu, Teilchenphysiker an der Penn State. Es gab eine Zeit, da war sie so verbreitet wie die Materie selbst. „Direkt nach dem Urknall“, erklärt Coutu, „muss es genau die gleichen Mengen an Materie und Antimaterie gegeben haben … und doch wurde aufgrund einer kleinen Asymmetrie in den Gesetzen der Teilchenwechselwirkung die gesamte Antimaterie und der größte Teil der Materie im frühen Universum vernichtet. Wir sind heute mit der resultierenden Materie-dominiert Universum links.“ Das Studium der Materie-Antimaterie-Wechselwirkungen ist also ein Blick auf die ersten Momente des entstehenden Universums.
Um seine Antimaterie-Forschung zu betreiben, schickt Coutu ausgeklügelte Detektoren mit Höhenballons an den Rand der Atmosphäre. Er sucht nach Antimaterie in der kosmischen Strahlung, die auf die Erde herabregnet. Diese Antimaterie-Sprengung kann eine Signatur für alle möglichen Teilchen-Wechselwirkungen sein, die in unserer Galaxie stattfinden.
Einige Physiker beobachten die von der Natur erzeugte Antimaterie nicht, sondern stellen sie in einem Teilchenbeschleuniger selbst her. Wenn gewöhnliche Teilchen auf sehr hohe Geschwindigkeiten beschleunigt werden und dann miteinander kollidieren, erklärt Coutu, können aus den dabei entstehenden Hochenergieexplosionen Antiteilchen entstehen. Diese Antiteilchen sind jedoch nur von kurzer Dauer und treffen in einem zerstörerischen Prozess, der Annihilation genannt wird, immer auf ihr Gegenstück aus gewöhnlicher Materie.
Annihilation bedeutet nicht, dass die Teilchen komplett verschwinden, es bedeutet nur, dass ihre Energie in eine andere Form übertragen wird, fügt er hinzu.
In der Science-Fiction wimmelt es von Geschichten über die Vernichtung hochenergetischer Teilchen, und tatsächlich tauchen in aktuellen Bestseller-Romanen Antimaterie-Waffen auf. Das sei unrealistisch, sagt Coutu. „Es wäre sehr unpraktisch, da es sehr schwierig wäre, signifikante Mengen an Antimaterie zu produzieren und zu erhalten.“
Technologie, die sich die Eigenschaften von Antimaterie zunutze macht, ist außerhalb von Science-Fiction jedoch tatsächlich machbar. Die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) ist eine medizinische Technik, die zur Erkennung von Krebs, zur Messung des Blutflusses und zur Erkennung koronarer Herzkrankheiten eingesetzt werden kann. Bei PET-Scans „wird einer Person eine kleine Menge einer radioaktiven Substanz injiziert, die beim Zerfall im Körper Positronen erzeugt“, erklärt Coutu. „Durch den Nachweis der hochenergetischen Photonen (Gammastrahlen), die bei der Annihilation von Positronen mit Elektronen im Körper entstehen, kann eine Karte erstellt werden, wo sich die Substanz im Körper ausgebreitet hat.“ Während Antimaterie vielleicht nie als Bombe eingesetzt werden wird, hat sie sicherlich eine positive Zukunft in lebensrettenden medizinischen Diagnosewerkzeugen, der Anti-Waffe.