04.11.2003

Anzeichen für Quark-Gluon-Materie identifiziert

Eine Modellanalyse im Verbund mit Daten von Gold-Gold-Stößen ergibt Hinweise auf die Erzeugung des elusiven Quark-Gluon-Plasmas.



Am Institut für Theoretische Physik der Universität Heidelberg ergibt eine Modellanalyse im Verbund mit Daten von Gold-Gold-Stößen Hinweise auf die Erzeugung des elusiven Quark-Gluon-Plasmas. Komplementäre Messungen von Deuteron-Gold-Reaktionen am Schwerionen-Collider RHIC in Brookhaven erhärten den Befund solcher Signaturen für die kurzzeitige Bildung von Quark-Materie in Reaktionen zwischen schweren Ionen.

Quark-Gluon-Materie ist nicht nur als Forschungsobjekt experimenteller und theoretischer Teilchenphysik von großem Interesse. Sie ist auch bei Untersuchungen der Frühzeit unseres Universums von erheblicher prinzipieller Bedeutung: Sekundenbruchteile nach dem Urknall war sie nach heutigen kosmologischen Vorstellungen im heißen, dichten Universum die Urform der Materie. Die Temperaturen waren so hoch, dass sich Neutronen und Protonen - die Hauptbestandteile der Materie - noch nicht aus Quarks und Gluonen bilden konnten.

Quark-Gluon Plasma war nach heutigen kosmologischen Vorstellungen die Urform, in der Materie Sekundenbruchteile nach dem Urknall im heißen, dichten Universum existierte. (Quelle: RHIC/BNL)

Im weiteren Verlauf der Entwicklung und Abkühlung unseres inzwischen 13,7 Milliarden Jahre alten Universums gibt es nach heutigem Kenntnisstand nur zwei Möglichkeiten, diese exotische Materieform erneut zu erzeugen: Bei den sehr hohen Drücken im Innern von Neutronensternen - und in Stößen schwerer Kerne bei hohen (relativistischen) Energien. Nur letztere sind in Laborexperimenten zugänglich. Wegen der raschen zeitlichen Entwicklung ist es dort allerdings extrem schwierig, wenigstens einen Teil des Systems in einen statistischen Gleichgewichtszustand zu versetzen, wie er im frühen Universum herrschte. Ein solches "lokales" Gleichgewicht ist aber wichtige Voraussetzung für die Bildung der Quark-Gluon-Materie. In diesem Plasma sind die Temperaturen einige hunderttausend-mal höher als die heutige Zentraltemperatur der Sonne von etwa 16 Millionen Kelvin, die Energiedichte ist etwa 30-mal größer als in gewöhnlichen Atomkernen. Das sind Bedingungen, die denen im frühen Universum vergleichbar sind.

Eine jetzt von Georg Wolschin am Institut für Theoretische Physik der Universität Heidelberg durchgeführte Analyse der Kollisionen von Gold-Kernen bei einer Schwerpunktenergie von 200 Milliarden Elektronenvolt pro Teilchen ergibt im Verbund mit den Daten vom RHIC deutliche Hinweise, dass einige der aus Quarks und Gluonen aufgebauten Kernbausteine (Protonen und Neutronen) in der kurzen Wechselwirkungszeit von etwa 10 -23 Sekunden tatsächlich zunächst in ihre Bestandteile zerlegt werden, sodass ein lokales Quark-Gluon-Plasma im thermodynamischen Gleichgewicht entsteht - und erst am Ende der Reaktion die Quarks und Gluonen wieder hadronisieren, also im Detektor nachweisbare "normale" Teilchen bilden.

Quelle: idw

Weitere Infos:

Sonderhefte

Physics' Best und Best of
Sonderausgaben

Physics' Best und Best of

Die Sonder­ausgaben präsentieren kompakt und übersichtlich neue Produkt­informationen und ihre Anwendungen und bieten für Nutzer wie Unternehmen ein zusätzliches Forum.

EnergyViews

EnergyViews
Dossier

EnergyViews

Die neuesten Meldungen zu Energieforschung und -technologie von pro-physik.de und Physik in unserer Zeit.

Meist gelesen

Themen