Max-Planck-Institut für Plasmaphysik : Greifswalder Forscher ist dem Urknall auf der Spur

Plasmaphysiker Thomas Sunn Pedersen
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Plasmaphysiker Thomas Sunn Pedersen

Greifswalder Plasmaphysiker will weltweit erstmalig Materie-Antimaterie-Plasma herstellen und untersuchen

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18. April 2017, 20:45 Uhr

Urknall-Forschung für die Astrophysik: Der Plasmaphysiker Thomas Sunn Pedersen vom Greifswalder Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) will ein aus Elektronen und Positronen bestehendes Materie-Antimaterie-Plasma erzeugen. Damit werde er im Kleinformat einen Zustand erzeugen, wie er in den ersten Minuten nach dem Urknall existierte – und zwar, als das Universum von gleich viel Materie und Antimaterie erfüllt war, wie das Max-Planck-Institut für Plasmaphysik mitteilte. Ziel sei es, das Elektron-Positron-Plasma in einem magnetischen Käfig lange genug einzuschließen, um es genau untersuchen und dessen Eigenschaften beschreiben zu können.

Für seine Materie-Antimaterie-Forschung wird der Plasmaphysiker und Professor an der Universität Greifswald mit 2,4 Millionen Euro durch den Europäischen Forschungsrat (ECR) unterstützt, wie Institutssprecherin Isabella Milch sagte. Pedersen konnte eines der „Advanced Grants“ (Fortgeschrittenen-Stipendien) gewinnen, die der Europäische Forschungsrat für potenziell bahnbrechende Forschungsprojekte vergibt. Die Eigenschaften der normalen Plasmen – wie sie in der Industrie und der Fusionsforschung genutzt werden – sind bekannt. Diese normalen Plasmen entstehen aus der Ionisation von Atomen und setzen sich aus leichten Elektronen und schweren Ionen zusammen. Da die exotischen Materie-Antimaterie-Plasmen Elektronen und Positronen mit je der gleichen Masse besitzen, fehle ihnen diese Triebfeder des Verhaltens normaler Plasmen, um Schwingungen, Wellen, Instabilitäten und Turbulenzen auszubilden, sagte Pedersen.

Die Forscher gehen davon aus, dass hingegen die exotischen Plasmen kaum Wellen und Turbulenz ausbilden. Bislang ist das aber noch nicht praktisch überprüft worden. Es sei erst einmal gelungen, Positronen in einem dipolaren Feld einzuschließen und zwar in einer Forschungsanlage im Schwester-Institut in Garching bei München.

Die Untersuchungsergebnisse von Pedersen seien für die Astrophysik hochinteressant, da man annimmt, dass Elektron-Positron-Plasmen in der Nähe von Schwarzen Löchern und Neutronensternen vorkommen, wie Milch sagte. Auch die Fusionsforscher, die unter anderem in Greifswald an der Forschungsanlage „Wendelstein 7-X“ Grundlagen der Kernfusion als mögliche neuartige Energiequelle auf der Erde erforschen, wollen ihre Rechencodes an dem neuartigen Plasma testen.

Pedersen, der seit 2011 in Greifswald arbeitet, nimmt sich für seine Experimente das Weltall zum Vorbild – allerdings in Miniatur-Ausgabe. Ähnlich wie im All soll das Elektron-Positron-Plasma von einem magnetischen Feld eingeschlossen werden. Erzeugt werden soll das Magnetfeld – das in der Form dem der Magnetosphäre der Erde ähnelt – in einem etwa zwanzig Liter großen Vakuumgefäß von einer schwebenden, kreisförmigen supraleitenden Magnetspule. In das Vakuumgefäß sollen dann die Elektronen und Positronen eingespeist werden.

Was dann in dem Gefäß passiert, ist optisch wenig spektakulär: Es werde ein wenig leuchten, sagte Milch. Gefährlich seien die Experimente nicht. Die Anlage, die am Institutsstandort Garching aufgebaut werden soll, könnte nach Einschätzung Pedersens in fünf Jahren einsatzfähig sein. Der Standort Garching sei ausgewählt worden, weil er sich in unmittelbarer Nähe zur Positronenquelle der Technischen Universität München befindet. Die Positronenquelle der TU liefert die für die Experimente benötigten Positronen.

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