🔥 Der LHC hat die „Grenz“-Materie des Urknalls nachgebildet

Die Kollisionen leichter Kerne am Large Hadron Collider liefern neue Hinweise auf einen extremen Zustand der Materie. Die Experimente ALICE, ATLAS, CMS und LHCb haben allesamt Phänomene beobachtet, die mit der Bildung eines Quark-Gluon-Plasmas vereinbar sind.

Dieses Plasma soll das Universum in seinen ersten Mikrosekunden erfüllt haben. Bei Temperaturen, die mehr als 100.000 Mal so hoch sind wie die im Zentrum der Sonne, verlieren Protonen und Neutronen ihre übliche Struktur. Ihre Quarks und die Gluonen, die sie verbinden, können dann in einer sehr heißen und sehr dichten Materie zirkulieren.

Üblicherweise erzeugen Forscher diesen Zustand, indem sie schwere Kerne wie Blei zur Kollision bringen. Im Jahr 2025 ließ der LHC auch Sauerstoff- und Neonkerne aufeinandertreffen. Ihre geringe Größe ermöglicht es, die minimalen Bedingungen zu untersuchen, die für das Auftreten dieses Plasmas notwendig sind.

Jedes Experiment suchte nach einer anderen Signatur. ALICE, ATLAS und CMS haben unter anderem gemessen, wie sich die Teilchen nach der Kollision verteilen. In den Daten zeigen sich kollektive Ausrichtungen, als ob sich die erzeugte Materie kurzzeitig wie eine expandierende Flüssigkeit verhielte.

CMS hat außerdem eine Abnahme sehr energiereicher Teilchen beobachtet, verglichen mit den Erwartungen, die aus Proton-Proton-Kollisionen abgeleitet wurden. Dieses Phänomen kann auftreten, wenn Quarks oder Gluonen ein dichtes Medium durchqueren und dabei einen Teil ihrer Energie verlieren.

Künstlerische Darstellung der Bildung des Quark-Gluon-Plasmas.

Künstlerische Darstellung der Bildung des Quark-Gluon-Plasmas.
Bild: CERN

Diese Kollisionen leichter Kerne liegen in einem Zwischenbereich zwischen Protonenkollisionen und Kollisionen schwerer Ionen. Sie können helfen zu bestimmen, ab welcher Größe ein Ensemble von Teilchen ein kollektives Verhalten annimmt. Diese Grenze bleibt eine der offenen Fragen der Kernphysik bei sehr hohen Energien.

Nun müssen die Teams die Daten von Sauerstoff und Neon genauer mit den hydrodynamischen Modellen vergleichen.

GI
GigiZ

Was mich besonders fasziniert, ist die Frage, wie stark man die Größe der Zellkerne reduzieren kann, bevor dieses kollektive Verhalten tatsächlich verschwindet.

MI
mimipartie

Ich hatte das CERN vor einigen Jahren besucht und vor allem die Größe der Anlagen in Erinnerung behalten. Wenn ich jetzt lese, dass sie versuchen herauszufinden, wie weit man die Größe der Kerne reduzieren kann, setzt das die Größenverhältnisse wirklich in eine neue Perspektive.

KR
Krokus42

Wir suchen seit Jahren die Grenze und jedes Mal weicht sie zurück. Am Ende werden sie uns, selbst mit zwei Protonen, sagen, dass wir fast eine Flüssigkeit haben...

GI
GigiZ

Krokus42, genau, der interessante Punkt ist zu sehen, ob mehrere Anzeichen in dieselbe Richtung gehen mit kleineren Kernen. Ein einziger Effekt könnte diskutabel sein, aber hier untersuchen mehrere Experimente unterschiedliche Dinge.

MO
Moka17

Interessant wäre es, Sauerstoff und Neon direkt zu vergleichen: Sehen wir bereits einen deutlichen Unterschied beim Energieverlust der hochenergetischen Teilchen?

KR
Kroco_8

Im Moment sehe ich vor allem Hinweise, die in die gleiche Richtung gehen. Ich würde trotzdem abwarten, ob die Modelle all das mit Sauerstoff und Neon reproduzieren können.

KR
Krokus42

GigiZ, mehrere Anzeichen gehen in die gleiche Richtung, einverstanden. Aber „kompatibel mit“ bleibt trotzdem weit davon entfernt, „wir haben es nachgebaut“ zu sein. Der Titel ist schneller als die Ergebnisse.