Der Teilchenbeschleuniger "Brookhaven's Relativistic Heavy Ion Collider" (RHIC) schuf jetzt die bisher dichteste Materie überhaupt, so Physiker des Brookhaven National Laboratory.
Geschaffen wurde die Milliarden Grad heiße Materie, indem die Physiker geladene Goldatome mit nahezu Lichtgeschwindigkeit aufeinander schossen. Die ersten Daten implizieren, dass die dichte Materie dem lange gesuchten Quark-Gluonenplasma entspricht.
Quarks ...
Das Quarkmodell geht heute von sechs Quarks und sechs Antiquarks mit Spin 1/2 aus. Die Ladung der Quarks beträgt 1/3 bzw. 2/3 der elektrischen Elementarladung. Protonen und Neutronen setzen sich aus jeweils drei Quarks, Mesonen aus je einem Quark und einem Antiquark zusammen. Zunächst unterschied man nur drei Quarks: up, down und strange-quarks. Dann kam es zur Erweiterung des Modells durch Charme- und Bottomquarks. Das sechste, aus Symmetriegründen geforderte Quark, top genannt, wurde 1994 mit dem Tevatron-Beschleuniger am Fermilab bei Chicago nachgewiesen.
Quarks, Grundbausteine der Materie
Wie beim Urknall
Dieses Quark-Gluonenplasma füllte wahrscheinlich das Universum für die ersten Bruchteile einer Sekunde nach dem Urknall aus. Die Forscher hoffen nun, das Plasma öfter erzeugen zu können, um seine Eigenschaften genau unter die Lupe zu nehmen.
Letzte Zweifel, ob das Plasma tatsächlich geschaffen wurde, bleiben bestehen, so der Physiker Bill Zajc, Leiter des Teams, das mittels PHENIX, eines der vier großen Teilchendetektoren am 3,8 Kilometer langen Teilchenbeschleuinger, an dem Projekt arbeitet. Die Auswertung der weiteren Daten bleibt abzuwarten.
... und Gluonen
Die Wechselwirkung der Quarks durch Austausch von Gluonen wird durch die Quantendynamik beschrieben. Freie Quarks sind bis heute nicht beobachtet worden; der Nachweis der Quarks geschieht experimentell durch Beobachtung von Elementarteilchen in großen Elektron-Positron-Speicherringen (z. B. DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron) in Hamburg), deren Forschungsergebnisse ständig tiefer gehende Erkenntnisse über den Aufbau der Materie liefern.
Konkurrent CERN
Letztes Jahr erregten Physiker des Genfer CERN die Scientific Community mit der Behauptung, sie hätten ein Quark-Gluonenplasma erzeugen können. "Bis jetzt war es nicht möglich, die Hypothese, dass wir das Quark-Gluonenplasma des CERN identifiziert haben, zu widerlegen", so der Physiker Carlos Lourenco.
Bestandteile der Materie
Materie besteht aus Protonen und Neutronen, die wiederum aus Quarks zusammengesetzt sind. Quarks allerdings existieren nicht für sich, sondern sind durch Gluonen entweder mit zwei anderen Quarks oder mit einem Antiquark verbunden.
Diese Verknotung existiert in einem Quark-Gluonenplasma nicht mehr, einer ultradichten "Energiesuppe", in der Quarks, Antiquarks und Gluonen frei in Kontakt treten.
Doppelte Dichte
Jede der Teilchenkollisionen produzierte weniger Hochenergie-Partikel, als jemand erwarten würde, der Daten aus Proton-Proton-Kollisionen hochrechnet. Jede der Kollisionen im Brookhaven-Teilchenbeschleuniger spuckte Tausende Partikel mit Dichten aus, die das Doppelte an Dichte bisher erreichter Kollisionen betrugen, so die Brookhaven-Physiker.
Brookhaven National Laboratory
Neue Experimente geplant
Sowohl die Wissenschaftler im Brookhaven National Laboratory als auch die CERN-Physiker planen für die nächste Zukunft neue Experimente. Allerdings ist das bisher vorliegende Datenmaterial für viele nicht ausreichend, um schlüssig ein Quark-Gluonenplasma nachzuweisen. "Das kollektive Verhalten von Quarkmaterie ist ein großes Forschungsgebiet, nicht einfach ein Phänomen, das seiner Entdeckung harrt", meinte John Marburger, Direktor des Brookhaven National Laboratory.