Antimaterie ist Materie, die aus Antiteilchen aufgebaut ist, so wie die uns umgebende 'normale' Materie aus 'normalen' Teilchen besteht.
Bislang gibt es, außer in kosmologischen Modellrechnungen über die Frühzeit unseres Universums keine Belege für ein Vorkommen von Antimaterie außerhalb des kurzzeitigen Entstehens einzelner Antiteilchen bei hochenergetischer Strahlung oder hohen kinetischen Energien, wie sie in kosmischer Strahlung oder in Teilchenbeschleunigern entstehen.
Ein erster Durchbruch in der künstlichen Erzeugung von Antimaterie gelang den Forschern am CERN (LEAR) 1996 als sie ein Anti-Wasserstoff-Atom erzeugten, das aus einem negativ geladenen Antiproton und einem positiv geladenen Positron bestand.
Die Kurzlebigkeit von Antimaterie in der von uns beobachtbaren Welt erklärt sich daraus, dass beim Aufeinandertreffen eines Teilchen-Antiteilchen-Paares sich beide gegenseitig annihilieren. Hierbei wird Energie freigesetzt, hauptsächlich in der Form von elektromagnetischer Strahlung, als Gammastrahlung. Diese Annihilation von Antiteilchen setzt sehr viel mehr Energie frei, als es irgend ein anderer Prozess mit gleichen Materiemengen könnte wie z.B. Kernfusion oder gar chemische Prozesse. Die freiwerdende Energie läßt sich mit der Einsteinschen Formel berechnen.
Theoretisch könnte man mit einem Kilogramm Antiwasserstoff mehr Energie freisetzen als durch Verbrennung aller ursprünglichen irdischen Steinkohlevorräte. Aber an eine technische Nutzung ist noch lange nicht zu denken, zumal Antimateriepartikel nur mit Hilfe von Teilchenbeschleunigern unter immensem Energieaufwand hergestellt werden können. Da dieser Prozess sehr ineffizient ist, muss deutlich mehr Energie aufgewendet werden als bei der Annihilation wieder frei wird. Als Energieträger hätte Antimaterie jedoch aufgrund der hohen Energiedichte enorme Vorteile.
Antimaterie im Universum
In Teilchenbeschleunigerreaktionen zeigt sich, dass reine Energie (Photonenstrahlung, Bewegungsenergie...) immer paarweise zu gleichen Mengen in Materie und Antimaterie umgewandelt wird. Auch nach den bisher gefundenen theoretischen Gesetzen macht die Natur keinen Unterschied zwischen Materie und Antimaterie und behandelt beide vollkommen gleichwertig.
Somit sollte man erwarten, dass nach dem heißen und dichten Anfangszustand des Universums (Urknall) Materie und Antimaterie in gleichen Mengenverhältnissen entstanden und noch heute vorzufinden sind. Trotzdem zeigen alle bisherigen Beobachtungen im Kosmos nur eine Form, willkürlich Materie genannt. Dieses offensichtliche Ungleichgewicht ist eines der großen Rätsel der Elementarteilchenphysik und Kosmologie; es wird vermutet, dass erst vereinheitlichende Theorien (beispielsweise Stringtheorie, M-Theorie, Supersymmetrie) diese ungleiche Verteilung zufriedenstellend erklären werden.
Frühere Vermutungen, dass das Universum in einigen Bereichen mit Materie, in anderen mit Antimaterie gefüllt sei, gelten heute als unwahrscheinlich. Es wurde bislang keine Annihilationsstrahlung, die an den Grenzgebieten entstehen sollte, nachgewiesen.
Das Ungleichgewicht von Materie und Antimaterie ist eine der Voraussetzungen für die Stabilität unseres Universums, und somit auch für das Leben auf der Erde. Hätte sich ein genaues Gleichgewicht von Materie und Antimaterie ergeben, so wäre alle Materie nach der Abkühlung des Universums wieder mit der Antimaterie in Strahlung umgewandelt worden.
Die sogenannte kosmische Hintergrundstrahlung lässt sich sehr gut mit der Urknalltheorie als Relikt aus der zeitlichen Epoche deuten, als die beim Urknall entstandene Materie mit der Antimaterie wieder vernichtet wurde. Der Vergleich von Modellrechnungen und astronomisch gemessenen Daten (Primordiale Nukleosynthese, WMAP) untermauern diejenige These, nach der es anfänglich ein fast gleiches Verhältnis von Materie und Antimaterie gegeben haben muss. Lediglich ein winziges Ungleichgewicht von 1 000 000 001 Teilchen über 1 000 000 000 Antiteilchen bewirkte, dass ein Rest an Materie übrig blieb, der unser heutiges Universum ausmacht.
Neueste Untersuchungen bestätigen die Bevorzugung der Materie im Universum. Am SLAC wurden 200 Millionen B-Meson-Anti-B-Meson-Paare erzeugt und untersucht wie diese wieder zerfallen. Bei der Auswertung wurde festgestellt, dass die B-Mesonen etwa Mal häufiger in ein Pion und ein Kaon zerfallen als deren Antiteilchen. In der Vergangenheit wurde dieser Effekt, der CP-Verletzung genannt wird, schon bei Kaonen untersucht. Allerdings liegt der Unterschied dort bei 4 in einer Million.
