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25 Milliarden Neutronen sollen Existenz einer Spiegelwelt belegen

Würde die Theorie der Spiegelwelt stimmen, gäbe es für jede Art Elementarteilchen einen entsprechenden „Zwilling“. - Foto: bestdesigns/iStock

In Kürze:

  • Laut einer Hypothese könnte im Weltall eine für uns unsichtbare Spiegelwelt existieren.
  • Sich dabei verwandelnde Elementarteilchen könnten so Erscheinungen wie die Dunkle Materie erklären.
  • Physiker aus der Schweiz sind dieser Idee nachgegangen und haben dafür 25 Milliarden ultrakalten Neutronen untersucht.
  • In ihrem Experiment konnten die Forscher keine Verwandlung in Spiegelneutronen feststellen und halten die Hypothese daher für unwahrscheinlich.
 
Es klingt wie eine Idee aus der Science-Fiction, doch sie stammt von renommierten Forschern aus der theoretischen Physik: Neben unserer gewöhnlichen Realität könnte es eine sogenannte Spiegelwelt geben. Dabei besäße jede Art Elementarteilchen einen entsprechenden „Zwilling“, sodass es Spiegelelektronen genauso wie Spiegelprotonen oder Spiegelneutronen gäbe.
Laut dieser Hypothese sind allerdings kaum Wechselwirkungen zwischen normalen und Spiegelteilchen zu erwarten. „Im Wesentlichen spüren sich beide Teilchensorten gegenseitig über die Gravitationskraft“, erklärte Geza Zsigmond, Wissenschaftler am Zentrum für Neutronen- und Myonenforschung des Paul Scherrer Instituts (kurz PSI) in der Schweiz.
Trotz jahrzehntelanger Suche konnten diese mysteriösen Spiegelteilchen nie nachgewiesen werden. Ergebnisse von jüngsten Experimenten in Frankreich haben die Hoffnung auf Spiegelneutronen leben lassen. Doch nun sehen PSI-Forscher mit ihrem neuen Experiment, das weltweit unübertroffene Präzision erzielt hat, die Sache anders: Mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit kann man die Verwandlung von Neutronen in ihre Spiegelversion ausschließen.

Die Suche nach dem Unmöglichen?

Gerade weil Spiegelteilchen fast keine Wechselwirkung mit normaler Materie eingehen, ist die Suche nach ihnen sehr schwierig. Sie treten nur auf zwei Weisen mit unserer bekannten Materie in Kontakt: entweder über die Schwerkraft oder über seltene Oszillationen neutraler Teilchen.
Deshalb gelten Spiegelteilchen auch als Kandidaten für die sogenannte Dunkle Materie. Denn diese macht zwar wesentlich mehr Masse im Universum aus als unsere gewöhnliche Materie, aber ihre Natur ist völlig unverstanden. Gerade weil Spiegelteilchen so schwach mit unserer Welt wechselwirken, könnten sie für die Dunkle Materie verantwortlich sein.
„Es gibt keine Chance, die Existenz von Spiegelteilchen rein über die Schwerkraft nachzuweisen“, sagt Forschungsleiter Bernhard Lauss vom PSI. „Wir haben uns deshalb auf die andere Eigenschaft von Spiegelteilchen konzentriert, nämlich dass neutrale Teilchen gemäß dieser Hypothese zwischen unserer normalen Materie und der Spiegelwelt hin und her oszillieren könnten.“
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Ein neutrales Teilchen wie das Neutron könnte also – sehr selten – einfach von unserer Weltbühne verschwinden und sich in ein Spiegelteilchen verwandeln. Nach einiger Zeit könnte es dann wie aus dem Nichts wieder auftauchen.
„Neutronen bieten sich für diese Untersuchung an, weil sie erstens elektrisch neutral sind und weil sie zweitens eine seltsame Eigenschaft besitzen“, ergänzt Zsigmond. „So scheinen Neutronen unterschiedliche Lebensdauern zu besitzen, je nachdem auf welche Weise man diese misst.“ Ein Teil dieser Diskrepanz könnte daran liegen, dass manche Neutronen während der Messung in die Spiegelwelt „abtauchen“.

Keine Hinweise auf eine Spiegelwelt gefunden

Um diesem eigenartigen Verhalten auf die Schliche zu kommen, haben die PSI-Forscher zusammen mit internationalen Kollegen ein ausgeklügeltes Experiment ersonnen. Sie haben Neutronen stark abgebremst und auf diese Weise sogenannte ultrakalte Neutronen erzeugt. Diese haben sie dann in einem speziellen, unmagnetischen Vakuum-Edelstahltank gefangen.
Auf diese Weise hat das Team alle fünf Minuten rund 1,5 Millionen Neutronen in dem Edelstahltank gespeichert. Nach jeweils rund 200 Sekunden wurde er entleert und die Forscher ermittelten, wie viele Neutronen noch erhalten waren. Würden Neutronen in dieser Zeit in die Spiegelwelt verschwinden, würden sie der Leerung entgehen und in der anschließenden Zählung fehlen. Dies wurde über mehrere Monate hinweg wiederholt, um alle relevanten Bereiche abzuscannen, bei denen Oszillationen zwischen Neutronen und Spiegelneutronen zu erwarten gewesen wären – doch ohne Erfolg.
„Mit diesen Ergebnissen lassen sich alle bisherigen Spekulationen zur Verwandlung in Spiegelteilchen mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit ausschließen“, so die Forscher.
Die Studie erschien am 28. Juli 2026 im Fachmagazin „Physical Review Letters“.
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Kam das Leben vom Mars zur Erde?

Es gibt eine Hypothese, die besagt, dass das Leben auf der Erde vom Mars stammt. - Foto: NASA/JPL

In Kürze:

  • Mars und Erde entstanden vor über 4,5 Milliarden Jahren, wobei der Rote Planet etwas Vorsprung hatte.
  • Heute bietet unser kosmischer Nachbar weder Wasser noch Atmosphäre, doch das war nicht immer so.
  • Während die Erde sich nach einem gigantischen Einschlag wortwörtlich neu formte, bot der frühe Mars über Jahrmillionen bessere Bedingungen für das Leben.
  • Könnte es sein, dass dieses frühe Leben rechtzeitig den Absprung schaffte, bevor der Mars unbewohnbar wurde, und eine neue Heimat auf der Erde fand?
 
Wie entstand das Leben auf der Erde? Zwar haben Wissenschaftler Theorien dazu, doch verstehen sie noch nicht vollständig, welche chemischen Abläufe genau zur Entstehung des Lebens führten und wann die ersten primitiven Lebensformen auftauchten.
Was aber, wenn das Leben auf der Erde nicht hier seinen Ursprung hätte, sondern mit Meteoriten vom Mars hierher gelangte? Es ist zwar nicht die am meisten favorisierte Theorie zum Ursprung des Lebens, bleibt aber dennoch eine faszinierende Hypothese. Hier werden wir die Argumente dafür und dagegen untersuchen.

Gute Ausgangslage auf Mars und Erde?

Der zeitliche Ablauf ist ein entscheidender Faktor. Der Mars entstand vor etwa 4,6 Milliarden Jahren, während die Erde mit 4,54 Milliarden Jahren etwas jünger ist. Die Oberflächen beider Planeten waren anfangs geschmolzen, bevor sie allmählich abkühlten und sich verfestigten.
Theoretisch hätte Leben kurz nach der Entstehung sowohl auf der Erde als auch auf dem Mars unabhängig voneinander entstehen können. Während die marsianische Oberfläche heute für Leben, wie wir es kennen, eher unbewohnbar ist, herrschten auf dem frühen Mars vermutlich ähnliche Bedingungen wie auf der frühen Erde.
Der frühe Mars scheint eine schützende Atmosphäre und flüssiges Wasser in Form von Ozeanen, Flüssen und Seen gehabt zu haben. Möglicherweise war er auch geothermisch aktiv, mit zahlreichen hydrothermalen Schloten und heißen Quellen, die die notwendigen Bedingungen für die Entstehung von Leben boten.
Jezero-Krater auf dem Mars

Diese Abbildung zeigt den Jezero-Krater, wie er vor Milliarden von Jahren auf dem Mars ausgesehen haben könnte, als er noch ein See war.

Foto: NASA/JPL-Caltech

Vor etwa 4,51 Milliarden Jahren prallte jedoch ein marsgroßer, felsiger Planet namens Theia auf die Ur-Erde. Durch diesen Einschlag verschmolzen beide Himmelskörper miteinander und trennten sich anschließend in unsere Erde und ihren Mond. Hätte sich Leben vor diesem Ereignis entwickelt, hätte es dieses sicherlich nicht überlebt.
Der Mars hingegen erlebte wahrscheinlich kein globales Umschmelzereignis. Der rote Planet musste im turbulenten frühen Sonnensystem zwar zahlreiche Einschläge hinnehmen, doch deuten die Beweise darauf hin, dass keiner davon groß genug gewesen wäre, um den Planeten vollständig zu zerstören. Einige Gebiete könnten daher relativ stabil geblieben sein.
Wenn also auf dem Mars kurz nach der Entstehung des Planeten vor 4,6 Milliarden Jahren Leben entstanden wäre, hätte es sich mindestens eine halbe Milliarde Jahre lang ohne größere Unterbrechungen weiterentwickeln können.
Nach dieser Zeit brach das Magnetfeld des Mars zusammen, was den Anfang vom Ende der Bewohnbarkeit des Mars markierte. Die schützende Atmosphäre verschwand, wodurch die Oberfläche des Planeten eisigen Temperaturen und ionisierender Strahlung aus dem Weltraum ausgesetzt war. Doch wie sah es auf der Erde aus? Wie schnell entstand Leben nach dem Einschlag, der den Mond formte?
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Eine Frage des Zeitpunkts

Führt man den Stammbaum des Lebens bis zu seinen Wurzeln zurück, gelangt man zu einem Mikroorganismus namens LUCA (Last Universal Cellular Ancestor, zu Deutsch: letzter gemeinsamer Vorfahre aller Lebewesen). Dies ist die Mikrobenart, von der die Forschung alles heutige Leben ableitet.
Eine aktuelle Studie rekonstruierte die Eigenschaften von LUCA mithilfe der Genetik und der Fossilienfunde des frühen Lebens auf der Erde. Daraus wurde geschlossen, dass LUCA vor 4,2 Milliarden Jahren lebte – früher als einige frühere Schätzungen vermuteten.
Doch LUCA war nicht der früheste Organismus auf der Erde, sondern eine von mehreren Mikrobenarten, die zu dieser Zeit gleichzeitig auf unserem Planeten existierten. Sie standen im Wettbewerb miteinander, kooperierten, überlebten die Widrigkeiten der Natur und wehrten Angriffe von Viren ab. Wenn es vor etwa 4,2 Milliarden Jahren auf der Erde kleine, aber recht komplexe Ökosysteme gab, muss das Leben schon früher entstanden sein. Doch wie viel früher?

Vereinfachter Stammbaum des Lebens mit LUCA und LECA, wie ihn sich die Forscher vorstellen.

Foto: gemeinfrei

Die neue Schätzung für das Alter von LUCA liegt bei 360 Millionen Jahren nach der Entstehung der Erde und 290 Millionen Jahren nach dem Mond-bildenden Einschlag. Wir wissen lediglich, dass sich in diesen 290 Millionen Jahren irgendwie Chemie zu Biologie entwickelte. Reichte diese Zeit aus, damit Leben auf der Erde entstehen und sich dann zu den Ökosystemen diversifizieren konnte, die zu Lebzeiten von LUCA existierten?
Ein marsianischer Ursprung des irdischen Lebens umgeht diese Frage. Der Hypothese zufolge könnten Arten marsianischer Mikroorganismen auf Meteoriten zur Erde gelangt sein – gerade rechtzeitig, um von den günstigen Bedingungen nach der Mondentstehung zu profitieren.
Der Zeitpunkt mag für diese Idee günstig sein. Als jemand, der auf diesem Gebiet arbeitet, würde ich jedoch vermuten, dass 290 Millionen Jahre reichlich Zeit sind, damit chemische Reaktionen die ersten Lebewesen auf der Erde hervorbringen und sich die Biologie anschließend diversifizieren und komplexer werden konnte.

Die Reise vom Mars zur Erde überstehen

Das rekonstruierte Genom von LUCA lässt vermuten, dass es sich von molekularem Wasserstoff oder einfachen organischen Molekülen als Nahrungsquellen ernähren konnte. Zusammen mit anderen Hinweisen deutet dies darauf hin, dass LUCAs Lebensraum entweder ein flaches marines Hydrothermalquellen-System oder eine geothermische heiße Quelle war.
Bislang nehmen Forscher an, dass solche Umgebungen auf der frühen Erde die notwendigen Bedingungen boten, damit Leben aus nicht-lebender Chemie entstehen konnte. LUCA verfügte zudem über biochemische Mechanismen, die es vor hohen Temperaturen und UV-Strahlung schützen konnten – echte Gefahren in diesen frühen Umgebungen der Erde.
Es ist jedoch keineswegs sicher, dass frühe Lebensformen die Reise vom Mars zur Erde hätten überleben können. Und nichts im Genom von LUCA deutet darauf hin, dass es besonders gut an den Weltraumflug angepasst war.

Heiße geothermale Quellen, wie sie heute im Yellowstone National Park existieren, könnten der Lebensraum für früheste Mikroorganismen wie LUCA gewesen sein.

Foto: Daphne Zheng/iStock

Um es bis zur Erde zu schaffen, hätten Mikroorganismen zunächst den ersten Aufprall auf der Marsoberfläche und einen Hochgeschwindigkeitsausstoß aus der Marsatmosphäre überstehen müssen. Danach folgte eine fast einjährige Reise durch das Vakuum des Weltraums, bei der sie die Bombardierung mit kosmischer Strahlung überleben mussten.
Anschließend hätten sie den hochtemperaturreichen Eintritt in die Erdatmosphäre und einen weiteren Aufprall auf die Erdoberfläche überstehen müssen. Dieses letzte Ereignis hätte sie möglicherweise in eine Umgebung gebracht, an die sie auch nur ansatzweise angepasst waren – oder auch nicht.
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Wahrscheinlichkeit gering, aber nicht null?

Die Wahrscheinlichkeit, dass all dies geschieht, erscheint mir ziemlich gering. So schwierig der Übergang von der Chemie zur Biologie auch erscheinen mag, so erscheint er mir doch weitaus einfacher als die Vorstellung, dass dieser Übergang auf dem Mars stattfinden würde, wobei Lebensformen die Reise zur Erde überleben und sich dann an einen völlig neuen Planeten anpassen würden. Ich könnte mich jedoch irren.
Es ist sinnvoll, sich Studien anzusehen, die untersuchen, ob Mikroorganismen die Reise zwischen Planeten überleben könnten. Bislang sieht es so aus, als könnten das nur die widerstandsfähigsten Mikroorganismen. Dabei handelt es sich um Arten, die sich daran angepasst haben, Schäden durch Strahlung zu vermeiden, und die durch die Bildung von Sporen in der Lage sind, Austrocknung zu überleben.
Meteorit vom Mars mit mikroskopisch kleine Fossilien

In dem Mars-Meteoriten ALH84001 sollen mikroskopisch kleine Fossilien eingeschlossen sein.

Foto: JSC via NASA

Aber vielleicht könnten Mikroorganismen, wenn eine Population von ihnen im Inneren eines ausreichend großen Meteoriten eingeschlossen wäre, vor den meisten der rauen Bedingungen im Weltraum geschützt sein. Einige Computersimulationen stützen diese Idee sogar. Derzeit laufen weitere Simulationen und Laborexperimente, um dies zu überprüfen.
Dies wirft eine weitere Frage auf: Wenn Leben innerhalb der ersten 500 Millionen Jahre nach der Entstehung unseres Sonnensystems vom Mars zur Erde gelangt ist, warum hat es sich dann in den folgenden vier Milliarden Jahren nicht von der Erde auf den Rest des Sonnensystems ausgebreitet? Vielleicht sind wir also doch keine Mars-Menschen.
Dieser Artikel erschien im Original auf theconversation.com unter dem Titel „Are we the Martians? The intriguing idea that life on Earth began on the red planet“. (redaktionelle Bearbeitung: ts)The Conversation