"Ursuppe" mit 4 Billionen Grad Celsius erzeugt

16.02.2010

Mit dem US-Teilchenbeschleuniger RHIC wurde ein Quark-Gluon-Plasma erzeugt, das auch kurz nach dem Urknall existiert haben soll

Wissenschaftler am Brookhaven National Laboratory haben mit dem Teilchenbeschleuniger RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider) die bislang heißeste Substanz hergestellt, die jemals von Menschen geschaffen wurde. Dazu werden Goldpartikel auf fast Lichtgeschwindigkeit (99.995 Prozent) beschleunigt, bevor sie aufeinanderprallen und dabei so große Hitze erzeugen, dass Protonen und Neutronen in ein Quark-Gluon-Plasma (QGP) verschmelzen. In diesem Fall entstand für Bruchteile einer Sekunde – kürzer als eine "Milliardste einer Billionsten Sekunde", so die Wissenschaftler - eine "Ursuppe" mit 4 Billionen Grad Celsius, 250.000 Mal heißer als die Sonne, aber kleiner als ein Atom.

Aus einer Simulation der Kollision der Goldatome, aus der ein Quark-Gluon-Plasma entsteht. Bilder: bnl.gov

Man nimmt an, dass kurz nach dem Urknall vor 13,7 Milliarden Jahren ein solches Quark-Gluon-Plasma entstanden ist, aus dem durch Abkühlung dann Protonen und Neutronen entstanden sind. Schwierig ist nicht nur die Erzeugung des QGP, sondern auch die Messung der Temperatur, die mit den Detektoren wie PHENIX erfolgt und anhand der Farbe oder des Energieverteilung des emittierten Lichts geschieht. War man früher davon ausgegangen, dass QGP in einem gasförmigen Zustand auftritt, in dem sich Quarks und Gluonen praktisch frei bewegen, so wurde bereits vor einigen Jahren vorhergesagt, dass es sich um eine Flüssigkeit handeln müsse, in der die Teilchen stark wechselwirken. Die Flüssigkeit wurde als fast vollkommen beschrieben, weil sie praktisch ohne Reibungswiderstand fließt.

Die Wissenschaftler wollen in der künstlich hergestellten "Ursuppe" auch mit dem STAR-Detektor Hinweise auf Blasen mit einer gebrochenen Symmetrie gefunden haben, die theoretisch vorausgesagt wurden und die normal herrschende "Spiegelsymmetrie" zwischen Quarks und Gluonen verletzen. Die Spiegelsymmetrie besagt, dass Ereignisse genauso verlaufen, wenn sie direkt oder in einem Spiegel beobachtet werden. Beobachtungen während des Experiments hätten nahegelegt, dass positiv geladene Quarks sich eher parallel zu dem durch eine Kollision entstandenen Magnetfeld bewegen, während sich negativ geladene in die entgegen gesetzte Richtung bewegen. Und das würde, wenn man es in einem Spiegel beobachtet, umgekehrt sein und daher die Spiegelsymmetrie verletzen.

William F. Brinkman, Direktor der Wissenschaftsabteilung des US-Energieministeriums, dem der Teilchenbeschleuniger untersteht, will den wissenschaftlichen Erfolg auch politisch ausnutzen. Die Experimente würden grundlegende Einblicke in die Struktur der Materie und des frühen Universums bieten und so "die Vorteile einer langfristigen Investition in große Grundlagenprogramme" deutlich machen, sagte er. Die RHIC-Wissenschaftler hätten eine "wirklich bemerkenswerte neue Materieform geschaffen". Geplant ist, um das Plasma weiter zu untersuchen und noch höhere Temperaturen zu erzeugen, den Teilchenbeschleuniger auszubauen, um die Kollisionsgeschwindigkeit zu erhöhen und die Detektoren zu verbessern.

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