Sterne aus Antimaterie? | Harald Lesch (1) Stars made of antimatter? | Harald Lesch (1) ¿Estrellas de antimateria? | Harald Lesch (1) Stelle fatte di antimateria? | Harald Lesch (1) 星は反物質でできているのか？| ハラルド・レッシュ (1) Estrelas feitas de antimatéria? | Harald Lesch (1) Звезды из антиматерии? | Харальд Леш (1)

[Lesch]: Gibt es Sterne, die aus anderen Elementen bestehen, als die die wir kennen? [Lesch]: Are there stars that consist of other elements than the ones we know?

Gibt es vielleicht sogar Sterne aus Antimaterie? Are there perhaps even stars made of antimatter?

[Intro]

Also jetzt mal unter uns: Das Periodensystem der Elemente hat ja nicht das beste Image. ||||||periodic table|||||||| Between you and me, the periodic table of the elements doesn't have the best image.

Es wird meistens unterschätzt. Meistens hängt es halt irgendwo an der Wand und man glotzt da hin, |||underestimated||||||||||||| It is usually underestimated. Most of the time it just hangs on the wall somewhere and you stare at it,

sieht dann: Aha, Wasserstoff, Helium, Lithium, Beryllium, Bor, irgendwelche anderen Sachen. |||hydrogen||||||| then sees: aha, hydrogen, helium, lithium, beryllium, boron, any other stuff. Потом видит: ага, водород, гелий, литий, бериллий, бор, еще что-то.

So richtig will sich eigentlich niemand damit auseinandersetzen, dabei ist es eine der größten |||||||engage with|||||| Никто не хочет с этим разбираться, хотя это одна из самых больших проблем.

epochalsten Entdeckungen aller Zeiten. Denn das Periodensystem der Elemente ist lückenlos. ||||||||||seamlessly

Ja! Ja wirklich. Das ist wie eine Briefmarken- sammlung der DDR, da kommt nichts mehr dazu.

Das ist erledigt. Finito. Feierabend. Schluss, aus. Seit dem 19. Jahrhundert hat man ja so ||done||quitting time||||||||| That's done. Finito. Closing time. That's it. Since the 19th century

ein Schema wie man die Elemente da einreiht. Und um es gleich auf den Punkt zu bringen: Es geht |||||||arranges||||||||||| رسم تخطيطي لكيفية ترتيب العناصر هناك. وللوصول مباشرة إلى صلب الموضوع: إنه يعمل схему расположения элементов и сразу перейти к делу: речь идет о

letzten Endes um die Aneinanderreihung von ganzen Zahlen. Also das Element Nummer 1, Wasserstoff, ||||sequence||||||||

hat genau 1 Proton im Kern. Es kann schon mal 1 oder 2 Neutronen auch haben, aber worum ||||||||||||||which

es geht bei den chemischen Elementen im Perioden- system ist immer die Anzahl der Protonen. Jeder

Atomkern im Universum, der sechs Protonen enthält, ist Kohlenstoff. Jeder. Kann man machen was man ||||||||carbon||||||

will. Da gibt es verschiedene Varianten mit ver- schieden vielen Neutronen, aber immer, wenn 6

Protonen im Kern sich zusammenfinden, dann ist das Kohlenstoff. Ist es ein Kern mit 8 Protonen, عندما تتجمع البروتونات معًا في النواة، فإنها تكون كربونًا. هل هي نواة تحتوي على 8 بروتونات،

dann ist es Sauerstoff und so weiter. Und so sieht man: ein Element nach dem anderen bedeutet, |||oxygen|||||||||||||

es ist das Element Nummer 1, dann haben wir das Element Nummer 2 und so weiter und so weiter.

Interessant in der Chemie ist natürlich, dass bestimmte Anordnungen, nämlich der Protonen, also ||||||||arrangements||||

der positiv geladenen Teilchen, fordern, damit ein Atom elektrisch neutral ist, das auch eine

bestimmte Menge von Elektronen in der Hülle da sein müssen. Und dann gibt es quantenmechanische ||||||shell||||||||

Regeln, wie diese Elektronen sich da anordnen und das bestimmt nun wiederrum das chemische

Verhalten. Ist ja interessant, dass man also da hinten hat man die Edelgase, auf der einen 25 00:02:26,000 --> 00:02:31,000 Seite und kaum hat man 1 Proton im Kern mehr und 1 Elektron mehr, wird aus dem Element, ja

das eben noch mit der schönen Edelgas Konfi- guration war, wird ein Alkalimetall. Die Edelgase

verbinden sich mit überhaupt nichts, die Alkali- metalle mit allem was bei 3 nicht auf den

Bäumen ist. Oder hier: das was vor den Edelgasen ist: Die Halogene. Also Fluor, Chlor und so 29 00:02:50,000 --> 00:02:54,000 weiter. Ja die sind ja auch unglaublich reaktions- aktiv. Das heißt also, die Art und Weise wie

die Elektronen um den Atomkern herum strukturiert sind, die bestimmen die Chemie.

Aber darüber wollen wir jetzt gar nicht reden, wir wollen darüber reden, kann es noch andere

Elemente geben, als die die wir kennen, denn im Periodensystem gibt es ja keine Lücken. ||||||||||||||gaps

Also zwischen dem Element 88 und dem Element 89, kann es kein Harry Potter Element geben. So,

88 1/2 oder sowas, denn Protonen sind immer ganz. Wir haben es geschafft mit einem bestimmten

Ordnungsschema auf der einen Seite, die chemischen Eigenschaften ziemlich gut abzubilden und ||||||||||depict|

zugleich auf der darunterliegenden Ebene, die physikalischen Gründe dafür so genau zu finden, |||underlying|||||||||

dass wir sagen können: In diesem Universum gibt es nur 92 stabile Elemente. Alle weiteren die noch

dazu kommen, die sind immer instabil. Und man sucht ja schon seit längerer Zeit auch noch nach

Möglichkeiten, künstlich Elemente zu erzeugen. Das machen wir zum Beispiel in Anlagen, wo große |||||||||||facilities||

Atomkerne zusammengeschossen werden, sodass wir eine ganz kurze Zeit vielleicht sich noch mal ein |collided|||||||||||| atomic nuclei are shot together, so that for a very short time we might see another

künstliches Element, da gibt es eine ganze Menge davon. Darmstadtium zum Beispiel ist eins davon. artificial element, there are a lot of them. Darmstadtium, for example, is one of them.

Aber die leben wirklich nur so für einen nicht- Zeitraum eigentlich, nach menschlichem Ermessen 43 00:04:05,000 --> 00:04:08,000 und dann verschwinden die wieder, aber es gab lange Zeit die Hoffnung, da irgendwo bei den 44 00:04:09,000 --> 00:04:13,000 ganz großen Kernladungszahlen 126 oder sowas, da könnte es vielleicht noch etwas geben. But they really only live for a non-period of time, according to human judgment 43 00:04:05,000 --> 00:04:08,000 and then they disappear again, but for a long time there was hope that somewhere around the 44 00:04:09,000 --> 00:04:13,000 very large nuclear charge numbers 126 or something like that, there might still be something there.

Aber in Wirklichkeit ist bis heute nichts gefunden [Soundeffekt] [Musik] [Soundeffekt]

Schauen wir uns die natürlichen Prozesse an in Sternen. Wie werden denn in Sternen Elemente Let's take a look at the natural processes in stars. How do elements in stars become

überhaupt produziert? Na durch die Verschmelzung von kleinen Atomkernen zu größeren. Also 48 00:04:32,000 --> 00:04:35,000 Wasserstoff verschmilzt zu Helium. Da gibt es eine Reihe von Fusionsprozessen. Auf die Einzelheiten at all||||||||||||||||||||||||| produced at all? Well, through the fusion of small atomic nuclei into larger ones. So 48 00:04:32,000 --> 00:04:35,000 Hydrogen fuses to form helium. There are a number of fusion processes. To the details

will ich da gar nicht eingehen. Es gibt eine Spitze, nämlich bei Eisen und das ist erstmal |||||go into|||||||iron|||| I don't even want to go into that. There is one point, namely with iron, and that is first of all

das Element Nummer 26. Also bei Eisen, da bis zur Fusion von Eisen, kann ein Stern ohne the element number 26. So in the case of iron, since up to the fusion of iron, a star without

Energiezufuhr diese Kerne entstehen lassen und alle Atomarten oder Elementarten, die jenseits energy supply|||||||||||beyond energy supply to create these nuclei and all types of atoms or elements that are beyond

von Eisen sind, die entstehen durch Energiezufuhr. Wo kommt die Energie her? Naja die kommt vor allen of iron are created by the supply of energy. Where does the energy come from? Well, it comes from

Dingen durch den Druck den der Stern auf sich selber ausübt, also aus dem Gravitationsfeld ||||||||||exerts|||| things by the pressure that the star exerts on itself, i.e. from the gravitational field

des Sternes. Daher kommt dann die Restenergie, die letzten Endes dazu führt, dass bis zum Uran alles of the star. This is where the residual energy comes from, which ultimately leads to everything up to the uranium being destroyed.

mögliche an Elementen erzeugt wird. Wobei man sagen muss, die häufigsten Elemente sind possible elements are generated. It must be said that the most common elements are

diejenigen, aus denen wir Lebewesen bestehen. Ja, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff und |||||exist||||nitrogen| those of which we living beings are made. Yes, hydrogen, oxygen, nitrogen and

Kohlenstoff. Die sind sehr, sehr häufig. Da- zwischen ist noch Helium, das brauchen wir nicht, Carbon. They are very, very common. There's also helium, which we don't need,

das ist ein Edelgas, das sich mit nichts verbin- det. Aber hier, immerhin also. Wir bestehen This is a noble gas that does not combine with anything. But here, after all. We exist

offenbar aus Material, was im Universum bevorzugt erzeugt wird. Jetzt könnte man sich fragen: Naja, apparently from material that is preferentially generated in the universe. Now you might ask yourself: Well,

es gibt doch aber noch andere Teilchen, es gibt ja nicht nur die Teilchen aus denen die Atome

und Atomkerne aufgebaut sind. Es gibt ja noch andere Teilchen. [Soundeffekt] [Musik] and atomic nuclei are constructed. There are other particles. [Sound effect] [Music]

[Soundeffekt] Jetzt laufen wir praktisch mal in der Erfolgsgeschichte der materiellen [Sound effect] Now we are practically running in the success story of the material

Durchdringung unseres Universums, gehen wir mal weiter vor. Was haben wir? Bei den normalen penetration||||||||||||| Penetration of our universe, let's go further. What do we have? With the normal

Elementen, die es im Periodensystem gibt, da haben wir es mit Protonen und Neutronen im Kern zu tun

und von denen wissen wir, dass die wiederum auf- gebaut sind aus Quarks. Also Neutron besteht aus

2 down-Quarks und 1 up-Quark und das Proton besteht aus 2 up-Quarks und 1 down-Quark.

Schön. Jetzt könnte man sich überlegen, es gibt ja noch 4 andere Quarksorten, können die nicht |||||consider||||||||| Nice. Now you could think, there are 4 other types of quark, couldn't they be

vielleicht auch noch irgendwas aufbauen, was sta- bil wäre? Die Antwort lautet leider nein. Diese perhaps also build something that would be stable? Unfortunately, the answer is no. This

Quarks sind alle instabil. Je schwerer sie sind, umso instabiler sind sie. Also das wird keine

stabile Materie herstellen können. Dann könnte man sich überlegen, naja es gibt ja noch andere

Teilchen wie zum Beispiel solche Neutrinos. Es gibt ja so spezielle Sorten von Pionen, das sind |||||||||||types|||| Particles such as neutrinos, for example. There are special types of pions, these are

also Quark-Antiquark Paare, könnten die nicht vielleicht in Atomen irgendwas aufbauen? |||||||||||build So quark-antiquark pairs, couldn't they perhaps build up something in atoms?

Die Antwort lautet leider auch hier, nach allem was wir wissen: Nein. Aber dann gibt es Unfortunately, the answer here is also, according to all we know: No. But then there are

natürlich das große Feld einer Entdeckung, die in den 30er Jahren des 20. Jahrhunderts gemacht

worden ist. Dann gibt es natürlich das große Feld der Antimaterie. [Soundeffekt] [Musik] has been created. Then, of course, there is the large field of antimatter. [Sound effect] [Music]

[Soundeffekt] Man hat erstmal praktisch nur durch Theorie prognostiziert, dass es neben der normalen [Sound effect] For the time being, it has been predicted practically only by theory that there will be

Materie, also Proton ist positiv geladen, Elektron ist negativ geladen, Neutron ist neutral, Matter, i.e. proton is positively charged, electron is negatively charged, neutron is neutral,

müsste es auch noch Teilchen geben, die genau die umgekehrte Ladung haben, also ein Antiproton

wäre negativ geladen. Ein Anti-Elektron, ein so genanntes Positron wäre positiv geladen,

ein Anti-Neutron wäre Neutral. Der Punkt von dem man ausging in der Theorie, war die berühmte ||||||||||went|||||| an anti-neutron would be neutral. The point of departure in theory was the famous

E=mc2 Geschichte von Einstein. Bei dem E=mc2 hat man eine Verbindung zwischen Energie und Materie

Die Energie ist ungeladen, elektrisch neutral 0. Materie allerdings tritt auf mit positiver |||unloaded|||||||| The energy is uncharged, electrically neutral 0. Matter, however, occurs with positive energy.

elektrischer Ladung und mit negativer elektrischer Ladung. Wenn aus Energie also Materie wird und electrical charge and with a negative electrical charge. So when energy becomes matter and

Materie ist geladen, die Energie aber nicht. Dann können immer nur solche Teilchen entstehen, Matter is charged, but energy is not. Then only such particles can ever be created,

dass die Ladung insgesamt auf dieser Seite auch 0 ist. Das heißt Energie kann sich immer nur in that the total charge on this side is also 0. This means that energy can only ever be

2 Teilchen aufspalten. Nämlich eines das elek- trisch negativ geladen ist und eines was |split|||||||||||

elektrisch positiv geladen ist. Nun, das elektrisch negativ geladene Teilchen,

das Elektron, das kannte man ja schon ewig. Aber das andere Teilchen, das kannte man noch nicht.

Das Positron. Das positiv geladene Elektron, oder auch das Antielektron. Nur es wird natürlich

klar, dass es bedeutet, Energie wird Materie. Ja, dann kann aber Materie auch wieder Energie werden. It is clear that it means energy becomes matter. Yes, but then matter can also become energy again.

Das heißt, diese beiden Teilchen, die da ent- stehen, die können sich wieder vernichten und dann In other words, these two particles that are created can annihilate each other again and then

ist wieder die Energie da, die vorher schon da war. Teilchenerzeugung, Teilchenannihilation. ||||||||||particle generation| the energy that was there before is there again. Particle generation, particle annihilation.

Wenn es also sowas gäbe wie Material, das aus Antimaterie bestünde, dann könnte diese ||||||||||would consist|||

Antimaterie überhaupt nur existieren, in einem Stern, der komplett aus Antimaterie besteht. Antimatter can only exist in a star that consists entirely of antimatter.

Also wenn da auch nur ein bisschen Materie ist, dann wird sich die Materie mit der Antimaterie So if there is even a little bit of matter, then the matter will merge with the antimatter.

sofort vernichten. [Soundeffekt] [Musik] [Soundeffekt] Nehmen wir mal an, es gäbe einen destroy immediately. [Sound effect] [Music] [Sound effect] Let's assume there is a

Stern aus Antimaterie, könnten wir den von außen unterscheiden von einem Stern, der nicht aus

Antimaterie besteht? Die Antwort lautet: Nein. Weil man tatsächlich in den letzten Jahren

herausgefunden hat, dass diese Antimaterie Atome, also wir können Antiwasserstoff herstellen, Anti-

helium zum Beispiel herstellen. Allerdings nur unter ganz besonderen Bedingungen, also sehr

hohen Energien in den Beschleunigern. Aber diese Atome strahlen praktisch genauso wie die Atome

aus der Materie. Da gibt es gar keinen Unter- schied. Überhaupt keinen. In der Wechselwirkung ||||||||||||||interaction

mit elektromagnetischer Strahlung, also auch mit Licht, würde man keinen Unterschied feststellen.

Jetzt kann man sich natürlich schon fragen, haben wir irgendwie einen Hinweis auf Antimaterie

zum Beispiel in der Milchstraße wenigstens? Gibt es irgendwelche Botschafter, die uns aus den 106 00:09:55,000 --> 00:10:02,000 Tiefen unserer Galaxis heraus mitteilen, wie dort die Materie aufgebaut ist. Und? Die gibt es. ||||||||||||||||||communicate|||||||||| at least in the Milky Way, for example? Are there any messengers who tell us from the 106 00:09:55,000 --> 00:10:02,000 depths of our galaxy how matter is structured there? And? There are.

Das ist nicht die elektromagnetische Strahlung, sondern das sind Teilchen. Schnelle Teilchen, die This is not electromagnetic radiation, but particles. Fast particles that

entstehen zum Beispiel wenn das Supernova explo- diert und sich also dann solche Stoßfronten ins |||||||||||||shock fronts| occur, for example, when the supernova explodes and such shock fronts are then projected into the

interstellare Medium heraus bewegen und dort mit affenartiger Gewalt, das Material zusammenpressen. |||||||ape-like||||compress interstellar medium and compress the material there with monkey-like force.

Das sind zumeist Protonen, also schnelle positiv geladene Teilchen. Also in der Milchstraße scheint These are mostly protons, i.e. fast positively charged particles. So in the Milky Way

es auf jeden Fall soweit wir bis heute kosmische Strahlung entdeckt haben und gemessen haben, keine In any case, as far as we have discovered and measured cosmic radiation to date, there is no

antimaterielle Quellen zu gebe. Stabile, richtige große makroskopische Strukturen, also Gaswolken antimaterial sources. Stable, really large macroscopic structures, i.e. gas clouds

oder gar Sterne aus Antimaterie. Die gibt es nicht. [Soundeffekt] Vielleicht gibt es ja in or even stars made of antimatter. They don't exist. [Sound effect] Maybe there are in

anderen Galaxien Antimaterie, und zwar richtig viel. Vielleicht bestehen andere Galaxien sogar other galaxies have antimatter, and lots of it. Perhaps other galaxies even consist of

aus Antimaterie. Da kann man sich schon mal folgendes vorstellen: Wir haben ja zum Beispiel

die Milchstraße, die hat ja Begleitergalaxien. Diese Begleitergalaxien bewegen sich um die the Milky Way, which has companion galaxies. These companion galaxies move around the

Milchstraße herum und treffen da schon mal eine Gaswolke. Jetzt nur mal zum Spaß, wenn da Milky Way and sometimes hit a gas cloud. Now just for fun, if there

Antimaterie drin wäre, nehmen wir mal an eine der Magellanschen Wolken, das ist eine antimatter would be in it, let's assume one of the Magellanic Clouds, which is a

Begleiter Galaxie unserer Milchstraße, würde aus Antimaterie bestehen. Die wäre schon längst companion||||||||||| companion galaxy of our Milky Way would consist of antimatter. It would have long since

weg, weil die ja mit dem Gas unserer... dem sehr dünnen Gas im intergalaktischen Raum away, because the gas of our... the very thin gas in intergalactic space

wechselwirken würde. Und dann würde natürlich ständig Vernichtungsstrahlung auftreten. would interact. And then, of course, annihilation radiation would constantly occur.

Oder wenn die Materie natürlich schon längst mit Antimaterie zusammen in Energie verwandelt Or if, of course, matter has long since been transformed into energy together with antimatter.

worden. Sehen wir aber nicht, denn diese Energie- form, die dabei frei wird, das wäre harte has been released. But we don't see it, because this form of energy that is released in the process would be hard

Röntgenstrahlung. Oder zum Beispiel nehmen wir mal unsere Nachbargalxie, Andromeda, hat die, die hat

ja auch Begleitergalaxien. Da können wir mal gucken, hat etwa diese Galaxie irgendwie ein

Röntgen Halo aus ultraharter Röntgenstrahlung? Die Antwort lautet: Nein. Also mit Antimaterie im

Universum scheint es nichts zu sein. Die Frage ist: Warum? [Soundeffekt] [Musik] universe, it seems to be nothing. The question is: Why? [Sound effect] [Music]

[Soundeffekt] Der Anfang des Universums war doch symmetrisch. Am Anfang gab es nur Energie. [The beginning of the universe was symmetrical. In the beginning there was only energy.

Wie kann jetzt aus Energie Materie werden? Also Energie kann sich immer nur in einen positiven How can energy become matter? So energy can only ever turn into a positive

und einen negativen Teilchen, es muss immer beides geben. Jetzt findet man aber keine Antimaterie. Ja, and a negative particle, there must always be both. But now you can't find any antimatter. Yes,

aber es muss doch irgendwo Antimaterie geben. Wenn man genauer hinschaut und das richtig quantitativ but there must be antimatter somewhere. If you take a closer look and do it really quantitatively

untersucht, dann stellt man fest, dass es früher so gewesen sein muss, also relativ kurze Zeit then you realize that it must have been like this in the past, i.e. for a relatively short time

nach dem Urknall, dass auf 5 Milliarden Elek- tronen, kamen 4 999 999 999 Positronen.

Also eins fehlte. Also das eine Elektron, das ist übriggeblieben.

Also eine winzig kleine Asymmetrie. Die natürlich für das gesamte Universum eine riesen-Konsequenz

hat, dass nämlich nach dieser Vernichtungsorgie, was bleibt übrig? Elektronen, Protonen und

Neutronen und so weiter und so weiter. Und dann geht das Universum los, es bilden sich Sterne,

es bilden sich Galaxien und so weiter. Aber dieser Anfang, der hätte ganz anders laufen

können. Der hätte nämlich wirklich total symmetrisch verlaufen können, dann würde es uns

gar nicht geben. Insofern führt die Frage nach den Alternativen, praktisch nach den Innovationen

von Materie im Universum, führt unmittelbar auf die Frage: Was ist denn da am Anfang gewesen? |||||immediately|||||||||| of matter in the universe, leads directly to the question: What was there in the beginning?