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:
- Originalveröffentlichung:
G. Wolschin, Anomalous net-baryon-rapidity spectra at RHIC, Phys. Lett. B 569, 67 (2003).
http://dx.doi.org/doi:10.1016/j.physletb.2003.07.043
http://arxiv.org/abs/hep-ph/0301004 (Preprint) - Kontakt:
Homepage von Georg Wolschin:
http://wolschin.uni-hd.de - Institut für Theoretische Physik der Universität:
http://www.thphys.uni-heidelberg.de - Spezielle Dokumente und Informationen zum Thema Quark-Gluon Plasma finden Sie ganz einfach mit der Findemaschine.
