Kollisionen können neue Erkenntnisse über Quark-Gluon-Plasmen und die starke Wechselwirkung liefern

Teilchenkollisionen am ATLAS-Experiment

Genf (Schweiz) - Seit drei Wochen kollidieren am Teilchenbeschleuniger LHC in Genf statt Protonen nun Blei-Ionen miteinander, ihre Kollisionen werden in den Experimenten ALICE, ATLAS und CMS untersucht. ALICE deckte bereits Eigenschaften der im Beschleuniger entstandenen Quark-Gluon-Plasmen auf, bei ATLAS und CMS konnten Forscher jetzt das sogenannte Jet-Quenching, beobachten.

Die Gluonen sind die Überträgerteilchen der starken Wechselwirkung und sorgen im heutigen Universum dafür, dass die Quarks der Protonen und Neutronen zusammen bleiben. Die starke Wechselwirkung hat zwar nur eine sehr kurze Reichweite, ist aber etwa 100-mal so stark wie etwa die elektromagnetische Kraft. Kurz nach seiner Entstehung herrschten im heißen und turbulenten Universum allerdings andere Verhältnisse: Die Gluonen konnten die Quarks nicht aneinander binden und sie existierten als freie Teilchen. Wissenschaftler sprechen auch vom Quark-Gluon-Plasma. Mit den Blei-Kollisionen am LHC versuchen die Forscher Energien zu erreichen, bei denen einen solcher Materie-Zustand entsteht.

Schon vergangene Woche berichteten die Genfer Physiker des ALICE-Experiments, dass sie kleine Tröpfchen des Quark-Gluon-Plasmas bilden konnten, die mehr Teilchen enthielten als bei früheren Experimenten. Zudem verhält sich das heiße Plasma nahezu wie eine ideale Flüssigkeit. Einige Theorien über die Verhältnisse im jungen Universum konnten damit ausgeschlossen werden.

Auch die beiden anderen Experimente, ATLAS und CMS, kamen zu neuen Ergebnissen. Bei der Kollision von Teilchen im Beschleuniger entstehen sogenannte Jets, diese bestehen aus den Bruchstücken der aufeinander prallenden Teilchen, den Quarks und den Gluonen. Kollidieren Protonen, sie entstehen für gewöhnlich zwei einander entgegen gesetzt gerichtete Jets, die von den Detektoren registriert werden. Mit der Umstellung auf Blei-Ionen vor drei Wochen konnte nun ein Phänomen beobachtet werden, dass Jet-Quenching genannt wird und sehr detaillierte Informationen über das Verhalten von Plasmen liefert. Die Quarks und Gluonen der Blei-Ionen wechselwirken sehr viel stärker mit der heißen Materie im Beschleuniger als die Quarks und Gluonen der Protonen. Bei dieser Wechselwirkung verlieren die Jets an Energie und lassen so Rückschlüsse auf die Eigenschaften des Quark-Gluon-Plasmas und der starken Wechselwirkung zu. Zuvor wurde Jet-Quenching auch schon bei der Kollision von Goldkernen und Deuteronen am Teilchenbeschleuniger RHIC in Berkeley beobachtet.

Die Ergebnisse aller Experimente präsentieren die Forscher diesen Donnerstag in einem Seminar am CERN. Die Experimente mit Blei-Ionen dauern noch bis zum 6. Dezember an.