Ursuppe.

aus: FAZ.NET, 27. 10. 2010

Wenn Kerne flüssig werden

Seit März dieses Jahres sind im Large Hadron Collider des Cern alle bekannten Elementarteilchen erzeugt worden. Jetzt laufen die letzen Vorbereitungen für das Alice -Experiment, das Einblicke in den Zustand des Universums eine Mikrosekunde nach dem Urknall geben soll.

Von Uta Bilow

Die erste Phase der Datennahme am neuen Teilchenbeschleuniger des europäischen Forschungszentrums Cern bei Genf ist nahezu abgeschlossen. Vor wenigen Tagen wurde verkündet, die im „Large Hadron Collider“ (LHC) umlaufenden Protonenstrahlen hätten die für dieses Jahr anvisierte Intensität erreicht – 14 Tage früher als ursprünglich geplant. Gemessen wurde eine Luminosität von 1032. Dieser Wert beschreibt die Anzahl der Protonen, die gleichzeitig im Beschleuniger kreisen und pro Sekunde frontal zusammenprallen können.

Zuletzt waren 312 Protonenpakete im LHC unterwegs, von denen jedes aus 115 Milliarden Protonen bestand. Dank der hohen Luminosität und der damit verbundenen hohen Kollisionsrate sind seit März dieses Jahres alle bekannten Elementarteilchen erzeugt worden, zuletzt das schwerste der sechs Quarks, das Top-Quark, und das mit dem Elektron verwandte seltene Tau-Teilchen.

In den kommenden Wochen werden die Wissenschaftler des Cern noch weitere Daten sammeln, bevor die Vorbereitungen auf den nächsten Abschnitt der Betriebsphase erfolgen. Von Mitte November an will man statt Protonen etwa vier Wochen lang Blei-Ionen in den Large Hadron Collider einspeisen und zur Kollision bringen. Dieser Zeitraum ist vor allem für eines der vier großen Experimente am LHC interessant: das Alice-Experiment. Die daran beteiligten Forscher wollen Einblicke in den Zustand des Universums gewinnen, der nach gängigen Modellen eine Mikrosekunde nach dem Urknall existiert haben soll.

Schmelzende Neutronen

Wenn extrem energiereiche Blei-Ionen im LHC kollidieren, wird die Materie auf eine Temperatur erhitzt, die 100 000 mal so hoch ist wie diejenige im Innern der Sonne. Bei dieser Hitze schmelzen sogar die Neutronen und Protonen der Bleikerne. Die als unzertrennlich geltenden Quarks und Gluonen der Kernbausteine verhalten sich in dem entstehenden „Feuerball“ dann wie freie Teilchen. Dieser exotische Zustand – das Quark-Gluon-Plasma – gilt als „Ursuppe der Materie“. Mit dem Detektor Alice, der eine der Stellen des LHC umschließt, an dem die Bleikerne zusammenstoßen, wollen die Wissenschaftler untersuchen, wie sich das Quark-Gluon-Plasma ausdehnt und abkühlt.

„Das Plasma ist ein Phasenübergang, vergleichbar etwa mit der Kondensation von Wasserdampf“, erläutert Jürgen Schukraft, der Sprecher des Alice-Experiments, im Gespräch mit dieser Zeitung. „Wir wollen exakt messen, wie der Übergang vom Quark-Gluon-Plama zur hadronischen Materie verläuft und wie aus den Quarks und Gluonen die Neutronen und Protonen entstehen.“

Jede Kollision interessant

Die Blei-Ionen des Teilchenstrahls werden dadurch erzeugt, dass man das Metall aus einem Tiegel verdampft, in drei Schritten beschleunigt und vollständig von ihrer Elektronenhülle befreit, bis schließlich „nackte“, 82-fach positiv geladene Ionen vorliegen. Diese werden als Pakete in die beiden Vakuumröhren des LHC geschickt, worin sie gegensinnig umlaufen, bis man sie an einer Stelle aufeinander lenkt. Anfang November wollen die Forscher zunächst mit zwei Paketen beginnen. Im Verlauf von vier Wochen soll die Zahl bis auf 120 erhöht werden. Pro Sekunde werden dann etwa 100 Bleikerne im LHC aufeinander prallen. Die gesamte Strahlenergie beläuft sich 2800 Milliarden Elektronenvolt (Gigaelektronenvolt).

Die Kollisionsrate ist deutlich niedriger als bei den Protonen-Experimenten, was allerdings keinen Nachteil hat. Viele Ereignisse, die man bei den Proton-Proton-Stößen registriert, sind von geringem Interesse. Die Prozesse, bei denen man etwa neue Teilchen erwartet, treten nur selten auf. Anders, wenn Blei-Ionen zusammenprallen. „Jede Kollision ist hier interessant“, betont Jürgen Schukraft. Bisherige Erkenntnisse zu den Eigenschaften des Quark-Gluon-Plasmas stammen von früheren Experimenten am Cern und von Versuchen am Schwerionenbeschleuniger Rhic des Brookhaven National Laboratory auf Long Island. Doch so heftig wie im LHC sind schwere Ionen noch niemals zuvor kollidiert. Daher hoffen die Forscher der Alice-Kollaboration, die Ursuppe der Materie eingehender studieren zu können, als es bislang der Fall war.

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~ von Panther Ray - Oktober 27, 2010.

Eine Antwort to “Ursuppe.”

  1. Ich muss schon sagen, dass mich die Kombination aus dem Foto und dem Titel auf eine ganz andere Spur gebracht haben – mit dem Inhalt des folgenden Artikels hatte ich überhaupt nicht gerechtnet – ABER ich find ihn sehr aufschlussreich und gelungen!

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