Foto des ALICE-Detektors am CERN. Foto mit freundlicher Genehmigung von CERN.
Kaum etwas zusammenzuschlagen, bringt Wissenschaftler dem Verständnis der seltsamen Zustände der Materie, die nur Millisekunden nach der Erschaffung des Universums im Urknall vorliegen, immer näher. Laut Angaben von Physikern des CERN und des Brookhaven National Laboratory präsentieren sie ihre neuesten Erkenntnisse auf der Konferenz Quark Matter 2012 in Washington, DC.
Durch das Zusammenschlagen von Bleiionen im weniger bekannten ALICE-Schwerionenexperiment des CERN sagten die Physiker am Montag, dass sie die heißesten künstlichen Temperaturen aller Zeiten erzeugt hätten. Im Nu haben die CERN-Wissenschaftler ein Quark-Gluon-Plasma nachgebildet - bei Temperaturen, die 38 Prozent heißer sind als bei einem früheren Rekordplasma von 4 Billionen Grad. Dieses Plasma ist eine subatomare Suppe und der einzigartige Zustand der Materie, von dem angenommen wird, dass er in den frühesten Augenblicken nach dem Urknall existiert hat. Frühere Experimente haben gezeigt, dass sich diese speziellen Arten von Plasmen wie perfekte, reibungslose Flüssigkeiten verhalten. Dieser Befund bedeutet, dass Physiker die dichteste und heißeste Materie untersuchen, die jemals in einem Labor erzeugt wurde. 100.000 Mal heißer als das Innere unserer Sonne und dichter als ein Neutronenstern.
Die Wissenschaftler des CERN haben gerade ihre Ankündigung der Entdeckung des schwer fassbaren Higgs-Bosons im Juli veröffentlicht.
„Das Gebiet der Schwerionenphysik ist entscheidend für die Untersuchung der Eigenschaften von Materie im Uruniversum, eine der Schlüsselfragen der Grundlagenphysik, mit denen sich der LHC und seine Experimente befassen sollen. Es zeigt, wie die Physiker am LHC neben der Untersuchung des kürzlich entdeckten Higgs-ähnlichen Bosons viele andere wichtige Phänomene sowohl bei Proton-Proton- als auch bei Blei-Blei-Kollisionen untersuchen “, sagte CERN-Generaldirektor Rolf Heuer.
Laut einer Pressemitteilung helfen die Ergebnisse den Wissenschaftlern, die „Entwicklung von hochdichter, stark wechselwirkender Materie in Raum und Zeit“ zu verstehen.
Inzwischen haben Wissenschaftler von Brookhavens Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) den ersten Blick auf eine mögliche Grenze zwischen gewöhnlicher Materie, die aus Protonen und Neutronen besteht, und dem heißen Urplasma von Quarks und Gluonen im frühen Universum beobachtet. So wie Wasser in verschiedenen Phasen, fest, flüssig oder dampfförmig, je nach Temperatur und Druck vorhanden ist, lösen RHIC-Physiker die Grenze, an der sich aus dem Quark-Gluon-Plasma gewöhnliche Materie zu bilden beginnt, indem sie Goldionen zusammenschlagen. Wissenschaftler sind sich immer noch nicht sicher, wo sie die Grenzlinien ziehen sollen, aber RHIC liefert die ersten Hinweise.
Die Kerne der heutigen gewöhnlichen Atome und das ursprüngliche Quark-Gluon-Plasma (QGP) repräsentieren zwei verschiedene Phasen der Materie und interagieren bei den grundlegendsten Naturkräften. Diese Wechselwirkungen werden in einer Theorie beschrieben, die als Quantenchromodynamik oder QCD bekannt ist. Ergebnisse von RHICs STAR und PHENIX zeigen, dass die perfekten Flüssigkeitseigenschaften des Quark-Gluon-Plasmas bei Energien über 39 Milliarden Elektronenvolt (GeV) dominieren. Während sich die Energie auflöst, beginnen Wechselwirkungen zwischen Quarks und den Protonen und Neutronen der gewöhnlichen Materie aufzutreten. Durch die Messung dieser Energien erhalten Wissenschaftler Wegweiser, die auf die Annäherung einer Grenze zwischen gewöhnlicher Materie und QGP hinweisen.
"Der kritische Endpunkt liegt, falls vorhanden, bei einem einzigartigen Wert für Temperatur und Dichte, ab dem QGP und gewöhnliche Materie nebeneinander existieren können", sagte Steven Vigdor, Associate Laboratory Director für Kern- und Teilchenphysik in Brookhaven, der das RHIC-Forschungsprogramm leitet . "Es ist analog zu einem kritischen Punkt, ab dem flüssiges Wasser und Wasserdampf im thermischen Gleichgewicht nebeneinander existieren können", sagte er.
Während der Teilchenbeschleuniger von Brookhaven nicht mit den rekordverdächtigen Temperaturbedingungen des CERN übereinstimmen kann, sagen Wissenschaftler des Labors der US-Energieabteilung, dass die Maschine den „Sweet Spot“ in diesem Phasenübergang abbildet.
Bildunterschrift: Das Kernphasendiagramm: RHIC befindet sich im Energie-Sweet-Spot, um den Übergang zwischen gewöhnlicher Materie aus Hadronen und der frühen Universumsmaterie, die als Quark-Gluon-Plasma bekannt ist, zu untersuchen. Mit freundlicher Genehmigung des Brookhaven National Laboratory des US-Energieministeriums.
John Williams ist ein Wissenschaftsjournalist und Inhaber von TerraZoom, einem in Colorado ansässigen Webentwicklungsgeschäft, das sich auf Webmapping und Online-Bildzoom spezialisiert hat. Er schreibt auch den preisgekrönten Blog StarryCritters, eine interaktive Website, auf der Bilder aus den Great Observatories der NASA und anderen Quellen auf andere Weise betrachtet werden. Als ehemaliger Redakteur für Final Frontier erschien seine Arbeit im Blog der Planetary Society, im Air & Space Smithsonian, in Astronomy, Earth, im MX Developer's Journal, im Kansas City Star und in vielen anderen Zeitungen und Magazinen.
