Lichtteilchen offenbaren Hitze von Kernkollisionen

Wenn Goldionen fast mit Lichtgeschwindigkeit aufeinander prallen, entsteht eine gewaltige Hitze von bis zu tausend Milliarden Grad, begleitet von subatomaren Trümmerteilchen. Freigesetzte Lichtteilchen liefern wichtige Daten über die herrschenden Bedingungen bei diesen Ereignissen.

Dallas (USA) - Teilchenphysiker haben nun eine solche Kollision mit haushohen Nachweisgeräten am etwa vier Kilometer langen Ringbeschleuniger des Brookhaven National Laboratory, dem Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), analysiert. Mit dem Phenix-Detektor schauten sie genauer als bisher auf Lichtteilchen, so genannte Photonen. Da diese kaum durch die Gegenwart anderer Partikel gestört werden, liefern sie gut verwertbare Informationen über die extremen Bedingungen, die während der Goldkern-Kollisionen herrschen.

"Wir wollen die Starke Wechselwirkung zwischen Quarks und Gluonen, die Bestandteile von Neutronen und Protonen sind, verstehen", sagt RHIC-Forscher Stefan Bathe. Jedes Proton und jedes Neutron besteht jeweils aus drei Quarks. Diese werden durch subatomare Klebstoff-Teilchen, den Gluonen, zusammengehalten. Wie Bathe auf der Frühjahrstagung der American Physical Society in Dallas berichtete, konnte durch die Analyse der bei der Kollision entstandenen Photonen auf eine Temperatur von etwa tausend Milliarden Grad zurückgeschlossen werden. Parallel offenbarten sie die Dichte, zu der sich die Kernmaterie während dieses Ereignisses zusammenballte.

Schon im vergangenen Jahr lieferte der RHIC überraschende Daten über das so genannte Quark-Gluonen-Plasma. So gewannen die Physiker Hinweise darauf, dass sich diese subatomaren Teilchen nicht frei wie in einem Gas, sondern eher wie eine Flüssigkeit verhalten können.

Kollisionen von kleinsten Teilchen, die in kilometerlangen Vakuumröhren beschleunigt werden, lassen die Physiker auf die inneren Kräfte schauen, die in jeder Materie wirken. Zugleich erlauben sie Rückschlüsse auf die Bedingungen, die winzige Bruchteile einer Sekunde nach dem Urknall im Universum geherrscht haben. In Deutschland widmen sich Forscher vom Deutschen Elektronensynchrotron Desy in Hamburg mit ihrem etwa sechs Kilometer langen Ringbeschleuniger Hera diesen Phänomenen. Und weltweit erwarten Teilchenphysiker die Fertigstellung des leistungsfähigsten Beschleunigers aller Zeiten: dem 27 Kilometer langen Large-Hadron-Collider (LHC) am Forschungszentrum Cern bei Genf. Neben dem Ursprung der Materie sollen die kommenden Cern-Experimente vor allem Aufschluss über die bisher mit vielen Rätseln behaftete Schwerkraft liefern.