💧 In seinen Anfängen war das Universum... flüssig

Das Universum unmittelbar nach dem Urknall glich... einer Flüssigkeit. Physikern gelingt es heute, diesen Zustand im Labor nachzubilden und dabei unerwartete Verhaltensweisen aufzudecken, die uns über die ersten Augenblicke des Kosmos Aufschluss geben.

Dazu verwenden Wissenschaftler am CERN den Large Hadron Collider, um schwere Ionen mit unvorstellbaren Geschwindigkeiten aufeinanderprallen zu lassen. Diese Kollisionen befreien Quarks und Gluonen kurzzeitig aus ihrer üblichen Einschließung und erzeugen winzige Tröpfchen dieses primordialen Plasmas. Diese Substanz erfüllte das Universum in seinen ersten Mikrosekunden.


Um dieses Plasma zu beobachten, hat ein Team des MIT eine innovative Strategie entwickelt. Statt nach Quarkpaaren zu suchen, konzentrierten sich die Forscher auf Ereignisse, bei denen ein Quark gegenüber einem Z-Boson erzeugt wird. Da dieses neutrale Teilchen kaum mit seiner Umgebung interagiert, dient es als perfekter Referenzpunkt, um die Effekte des Quarks zu isolieren.

Die Analyse der Daten aus Milliarden von Kollisionen enthüllte charakteristische Muster im Plasma. Es wurden Wirbel und Spritzer beobachtet, die in die dem Z-Boson entgegengesetzte Richtung ausgerichtet sind und der Kielwelle eines einzelnen Quarks entsprechen. Diese Ergebnisse stellen den ersten direkten Nachweis dar, dass sich das Plasma wie ein dichtes, kollektives Fluid verhält und nicht wie eine einfache Wolke unabhängiger Teilchen.

Diese Beobachtungen stimmen mit bestehenden theoretischen Modellen überein, darunter einem von Krishna Rajagopal und seinen Mitarbeitern entwickelten. Dieses Modell sagt voraus, dass das Plasma wie eine Flüssigkeit schwingen muss, wenn ein Teilchen es mit hoher Geschwindigkeit durchquert. Die experimentelle Bestätigung festigt somit unser Verständnis des primordialen Mediums und seiner Eigenschaften.

Dank dieses Fortschritts eröffnen sich neue Möglichkeiten, die Eigenschaften des Quark-Gluon-Plasmas mit erhöhter Genauigkeit zu untersuchen. Indem Physiker die Größe und Dauer der Kielwellen messen, können sie die Viskosität und andere Parameter dieses exotischen Fluids besser bestimmen. Diese Arbeit hilft, die Geschichte der ersten Momente des Universums Stück für Stück zu rekonstruieren.

Diese Studie wurde innerhalb der CMS-Kollaboration durchgeführt, einer internationalen Gruppe von Teilchenphysikern. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Physics Letters B veröffentlicht, die einen offenen Zugang zu allen Daten und Methoden dieser Entdeckung bietet.