Grad der Wechselwirkung zwischen Quarks bei flüssigen Gold-Gold-Kollisionen. Bildnachweis: RHIC Zum Vergrößern anklicken
Wissenschaftler glauben, dass sie mithilfe von Hochgeschwindigkeitskollisionen zwischen Goldatomen eine der mysteriösesten Formen der Materie im Universum nachgebildet haben – das Quark-Gluon-Plasma. Diese Form von Materie war während der ersten Mikrosekunde des Urknalls vorhanden und könnte noch immer in den Kernen dichter, weit entfernter Sterne existieren.
Der Physikprofessor Daniel Cebra an der UC Davis ist einer von 543 Mitarbeitern an der Forschung. Seine Hauptaufgabe bestand darin, die elektronischen Abhörgeräte zu bauen, die Informationen über die Kollisionen sammeln, eine Aufgabe, die er mit der „Fehlerbehebung bei 120.000 Stereosystemen“ verglich.
Mit diesen Detektoren „suchen wir nun nach Trends in dem, was während der Kollision passiert ist, um zu erfahren, wie das Quark-Gluon-Plasma ist“, sagte er.
„Wir haben versucht, Neutronen und Protonen, die Bausteine der Atomkerne, in ihre Quarks und Gluonen zu schmelzen“, sagt Cebra. „Wir brauchten viel Wärme, Druck und Energie, alles auf engstem Raum.“
Die richtigen Bedingungen schafften die Wissenschaftler mit Frontalkollisionen zwischen den Kernen von Goldatomen. Das resultierende Quark-Gluon-Plasma hielt eine extrem kurze Zeit – weniger als 10-20 Sekunden, sagte Cebra. Doch die Kollision hinterließ Spuren, die die Wissenschaftler messen konnten.
„Unsere Arbeit ist wie eine Unfallrekonstruktion“, sagte Cebra. „Wir sehen Fragmente, die aus einer Kollision hervorgehen, und wir bauen diese Informationen auf sehr kleine Punkte zurück.“
Es wurde erwartet, dass sich Quark-Gluon-Plasma wie ein Gas verhält, aber die Daten zeigen eine eher flüssigkeitsähnliche Substanz. Das Plasma ist weniger komprimierbar als erwartet, was bedeutet, dass es möglicherweise die Kerne sehr dichter Sterne tragen kann.
„Wenn ein Neutronenstern groß und dicht genug wird, kann er eine Quarkphase durchlaufen oder einfach zu einem Schwarzen Loch kollabieren“, sagte Cebra. „Um einen Quarkstern zu stützen, müsste das Quark-Gluon-Plasma steif sein. Wir erwarten jetzt, dass es Quarksterne gibt, aber sie werden schwer zu untersuchen sein. Wenn sie existieren, sind sie halb unendlich weit entfernt.“
Das Projekt wird vom Brookhaven National Laboratory und dem Lawrence Berkeley National Laboratory geleitet, mit Mitarbeitern an 52 Institutionen weltweit. Die Arbeit wurde in Brookhavens Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) durchgeführt.
Originalquelle: Pressemitteilung der UC Davis
