Foto des ALICE-Detektors am CERN. Foto mit freundlicher Genehmigung von CERN.
Kaum etwas zusammenzudrücken, bringt die Wissenschaftler dem Verständnis der seltsamen Zustände der Materie, die nur Millisekunden nach der Entstehung des Universums im Urknall vorhanden sind, immer näher. Dies zeigen Physiker des CERN und des Brookhaven National Laboratory, die ihre neuesten Ergebnisse auf der Konferenz Quark Matter 2012 in Washington, DC, präsentieren.
Durch das Zusammenschlagen von Bleiionen im weniger bekannten ALICE-Schwerionenexperiment des CERN gaben Physiker am Montag bekannt, dass sie die heißesten von Menschen verursachten Temperaturen aller Zeiten erzeugt haben. Im Handumdrehen stellten CERN-Wissenschaftler ein Quark-Gluon-Plasma nach – bei Temperaturen, die 38 Prozent heißer waren als ein bisheriges Rekordplasma von 4 Billionen Grad. Dieses Plasma ist eine subatomare Suppe und der einzigartige Aggregatzustand, von dem angenommen wird, dass er in den frühesten Momenten nach dem Urknall existiert hat. Frühere Experimente haben gezeigt, dass sich diese speziellen Arten von Plasmen wie perfekte, reibungsfreie Flüssigkeiten verhalten. Dieser Befund bedeutet, dass Physiker die dichteste und heißeste Materie untersuchen, die jemals in einem Labor geschaffen wurde; 100.000 Mal heißer als das Innere unserer Sonne und dichter als ein Neutronenstern.
Die Wissenschaftler des CERN kommen gerade von ihrer Ankündigung der Entdeckung des schwer fassbaren Higgs-Bosons im Juli.
„Das Gebiet der Schwerionenphysik ist entscheidend für die Erforschung der Eigenschaften von Materie im Uruniversum, eine der Schlüsselfragen der fundamentalen Physik, auf die der LHC und seine Experimente ausgerichtet sind. Es zeigt, wie Physiker am LHC neben der Untersuchung des kürzlich entdeckten Higgs-ähnlichen Bosons viele andere wichtige Phänomene sowohl bei Proton-Proton- als auch Blei-Blei-Kollisionen untersuchen“, sagte CERN-Generaldirektor Rolf Heuer.
Laut einer Pressemitteilung helfen die Ergebnisse Wissenschaftlern, die „Evolution von hochdichter, stark wechselwirkender Materie in Raum und Zeit“ zu verstehen.
Wissenschaftler des Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) in Brookhaven sagen, sie hätten den ersten Blick auf eine mögliche Grenze beobachtet, die gewöhnliche Materie, bestehend aus Protonen und Neutronen, vom heißen Urplasma der Quarks und Gluonen im frühen Universum trennt. So wie Wasser in verschiedenen Phasen, fest, flüssig oder dampfförmig existiert, je nach Temperatur und Druck, entwirren RHIC-Physiker die Grenze, an der sich gewöhnliche Materie aus dem Quark-Gluon-Plasma zu bilden beginnt, indem sie Goldionen zusammenschlagen. Wissenschaftler sind sich noch nicht sicher, wo die Grenzlinien zu ziehen sind, aber RHIC liefert die ersten Hinweise.
Die Kerne der heutigen gewöhnlichen Atome und das primordiale Quark-Gluon-Plasma (QGP) repräsentieren zwei verschiedene Phasen der Materie und interagieren mit den grundlegendsten Kräften der Natur. 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. Wenn die Energie nachlässt, treten Wechselwirkungen zwischen Quarks und den Protonen und Neutronen der gewöhnlichen Materie auf. Die Messung dieser Energien gibt Wissenschaftlern Wegweiser, die auf die Annäherung einer Grenze zwischen gewöhnlicher Materie und dem QGP hinweisen.
„Der kritische Endpunkt, falls vorhanden, liegt bei einem einzigartigen Temperatur- und Dichtewert, jenseits dessen QGP und gewöhnliche Materie koexistieren können“, sagte Steven Vigdor, Associate Laboratory Director for Nuclear and Particle Physics bei Brookhaven, der das RHIC-Forschungsprogramm leitet . „Es ist analog zu einem kritischen Punkt, ab dem flüssiges Wasser und Wasserdampf im thermischen Gleichgewicht koexistieren können“, sagte er.
Während der Teilchenbeschleuniger von Brookhaven die rekordverdächtigen Temperaturbedingungen des CERN nicht erreichen kann, sagen Wissenschaftler des US-Energieministeriums, dass die Maschine den „Sweet Spot“ in diesem Phasenübergang abbildet.
Bildunterschrift: Das Kernphasendiagramm: RHIC sitzt im Energie-„Sweet Spot“ für die Erforschung des Übergangs zwischen gewöhnlicher Materie aus Hadronen und der frühen Universumsmaterie, bekannt als Quark-Gluon-Plasma. Mit freundlicher Genehmigung des Brookhaven National Laboratory des US-Energieministeriums.
John Williams ist wissenschaftlicher Autor und Inhaber von TerraZoom, einem Webentwicklungsshop mit Sitz in Colorado, der sich auf Webmapping und Online-Bildzooms spezialisiert hat. Er schreibt auch den preisgekrönten Blog, StarryCritters , eine interaktive Website, die sich der Betrachtung von Bildern aus den Großen Observatorien der NASA und anderen Quellen auf eine andere Weise widmet. Als ehemaliger Redakteur von Final Frontier erschienen seine Arbeiten im Planetary Society Blog, Air & Space Smithsonian, Astronomy, Earth, MX Developer's Journal, The Kansas City Star und vielen anderen Zeitungen und Zeitschriften.
