Die schnellsten Strudel der Welt

Wirbelstürme rotieren mit Geschwindigkeiten von mehreren Hundert Kilometern pro Stunde, Tropfen aus supraflüssigem Helium erreichen sogar bis zu 14 Millionen Umdrehungen pro Sekunde. Doch die schnellsten Strudel überhaupt entstanden nun in einem amerikanischen Teilchenbeschleuniger. Nach dem Zusammenstoß von Goldionen bildete sich dort ein Quark-Gluon-Plasma – ein exotischer Materiezustand, wie er auch Sekundenbruchteile nach dem Urknall existiert hatte. Wie das internationale Forscherteam in der Fachzeitschrift „Nature“ berichtet, rotierte dieses extrem heiße Plasma bis zu zehn Milliarden Billionen Mal pro Sekunde.

Zerfall eines Lambda-Hyperons
Zerfall eines Lambda-Hyperons

Im Relativistic Heavy Ion Collider am Brookhaven National Laboratory in Upton trafen Goldionen fast bis auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt aufeinander. Bei der Kollision herrschten mehr als hunderttausendmal höhere Temperaturen als im Inneren der Sonne. Unter diesen extremen Bedingungen bildete sich für extrem kurze Momente das Quark-Gluon-Plasma, in dem die Protonen und Neutronen der Goldatomkerne in einzelne Quarks und ihre Bindeteilchen, die Gluonen, zerfielen. Theorien beschreiben ein Quark-Gluon-Plasma als eine Art perfekte Flüssigkeit mit extrem geringer Viskosität.

Nun gelang der indirekte Nachweis, dass diese dünnflüssigste aller Flüssigkeiten rasant rotierende Strudel bilden kann: Michael Lisa von der Ohio State University und seine Kollegen registrierten mit Detektoren um den Kollisionspunkt die Zerfallsprodukte eines aus dem Quark-Gluon-Plasma hervorgegangenen Teilchens – eines sogenanntes Lambda-Hyperons, zusammengesetzt aus je einem Up-, Down und Strange-Quark. Dieses selbst rotierende Hyperon war in ein Proton und ein Pion zerfallen. Aus dem Drehmoment des Protons konnten die Physiker auf die Rotation des ursprünglichen Quark-Gluon-Plasmas schließen.

„Verglichen mit anderen Systemen in der Natur ist das Quark-Gluon-Plasma die am schnellsten rotierende Flüssigkeit, die jemals beobachtet wurde“, schreibt Hannah Petersen von der Universität Frankfurt in einem begleitenden Kommentar. Zusätzlich zum neuen Weltrekord liefern diese Messungen wichtige Impulse für die Kernphysik. Und auch über die Entstehung extremer Magnetfelder bei solchen Ionenkollisionen könnten sie Aufschluss geben.