LHC: Neues Phänomen bei Protonenkollision beobachtet

Experimente am Teilchenbeschleuniger zeigen Anzeichen von Zweiteilchen-Korrelation

Kollisionen am CMS-Experiment
Kollisionen am CMS-Experiment

Genf (Schweiz) - Die Forschergruppe am CMS-Detektor des Large Hadron Collider (LHC) in Genf ist bei der Kollision von Protonen auf einen neuen Effekt gestoßen. Sie führten Experimente mit hoher Multiplizität durch, bei denen über hundert elektrisch geladene Teilchen entstehen. Die Teilchen werden kurz nach der Kollision bei sieben Tetraelektronenvolt in alle Richtung geschleudert, bei einigen schien die Flugrichtung allerdings nicht beliebig zu sein, sondern von der Bahn eines anderen Teilchens abzuhängen. Dieses Phänomen nennt man Winkelkorrelation. Die Forscher schließen daraus, dass die Teilchen im Moment ihrer Entstehung auf eine bestimmte Weise "gekoppelt" waren. Es ist die erste neuartige Beobachtung, die nach knapp einem halben Jahr Betrieb am LHC gemacht wurde.

Wie es zu der Korrelation kommt, ist noch nicht geklärt. "Derartige Muster in den Teilchenverteilungen wurden vorher nur in hochenergetischen Schwerionenkollisionen gesehen, bei denen Quark-Gluon-Plasma produziert wurde", erklärt Anton Rebmann vom Institut für Theoretische Physik der Universität Wien. Ein Quark-Gluon-Plasma entsteht aus extrem heißer und dichter Materie, wie sie kurz nach dem Urknall vorlag. In diesem Zustand werden die Quarks, die Bausteine von Neutronen und Protonen, nicht mehr von den Teilchen der starken Kraft, den Gluonen, zusammengehalten. Die Experimente mit Schwerionen, die sowohl Hinweise für diesen Plasmazustand als auch für die Korrelation von Teilchen zeigten, fanden am Relativistic Hadron Ion Collider (RHIC) am amerikanischen Brookhaven National Laboratory statt. Am LHC traten die Teilchenkorrelationen nun zum ersten Mal auch bei der Kollision von Protonen auf. "Eine mögliche Erklärung dieses Phänomens ist, dass diese Strukturen einen Zustand noch vor der Erzeugung des Quark-Gluon-Plasma widerspiegeln", meint Rebmann.

Die Forscher haben noch bis Ende Oktober Zeit, um Daten zu den Proton-Proton-Kollisionen zu sammeln. Danach werden am LHC Experimente mit Blei-Ionen vorbereitet, bei denen sowohl der CMS- als auch der ALICE-Detektor Informationen zu den entstehenden Teilchen sammeln werden. Diese sollen vor allem die Erforschung des Quark-Gluon-Plasmas vorantreiben.