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Feuerball mit Lichtgeschwindigkeit

Mit Teilchenschleudern zurück zum Anfang

Die im Juni vorgestellten Ergebnisse aus Brookhaven haben die Physik nun ein großes Stück auf dem mühsamen Weg vorangebracht, darauf Antworten zu finden. Im Brookhaven National Laboratory, einem der größten Forschungszentren der Welt, gelang es, in einem Beschleuniger Gold-Atomkerne mit nahezu Lichtgeschwindigkeit so gezielt aufeinander zu schießen, dass sie sich gegenseitig praktisch vollständig zerschmetterten.

Kopfstück des Teilchen-Detektors © MPI für Physik

Das Resultat: ein winzig kleiner, aber extrem heißer Feuerball, in dem sich nicht nur die Atomkerne in ihre Bestandteile zerlegen, sondern sogar diese selbst verdampfen. Auf diese Weise entsteht für einige Sekundenbruchteile eine Mischung aus Quarks und Gluonen – ein Materiezustand, wie man ihn bisher auf der Erde noch nie beobachtet hat.

Einen wichtigen Beitrag zum Nachweis dieses Billionen Grad heißen Gemisches leistete ein Detektor, der im Max-Planck-Institut für Physik in München entwickelt und gebaut wurde. Drei Forscher aus diesem Institut haben – zusammen mit einer wechselnden Gruppe von Diplomanden, Doktoranden und Postdocs – an den Experimenten in den USA aktiv teilgenommen und zählen sich nun zu den stolzen Pionieren bei der Suche nach dem Quark-Gluon- Plasma.

Es fing im Jahr 1986 beim CERN in Genf an. Dort, am Super-Proton-Synchrotron (SPS), arbeiteten die drei Physiker Volker Eckardt, Norbert Schmitz und Peter Seyboth an Experimenten mit, bei denen man Sauerstoff-, Schwefel- und später Bleikerne auf hohe Energien beschleunigte und auf Bleifolien schoss. Und schon damals halfen Detektoren aus dem Max-Planck-Institut für Physik beim Nachweis der Teilchen, die bei derartigen Kollisionen in reichlicher Zahl entstehen.

Urknall im Speicherring © Max Planck Institut für Physik

So war es eigentlich nur logisch, dass das Münchener Institut Mitte der neunziger Jahre sein Know-how auch beim Bau eines Detektors für den Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) in Brookhaven einbringen wollte. Diese Anlage verfolgt einen anderen Weg als das SPS: Hier sollten nicht mehr schwere Atomkerne auf ein festes Ziel geschossen werden, sondern auf andere Atomkerne, die ihnen mit ebenfalls hoher Geschwindigkeit entgegenkommen. „Dies ist zwar technisch wesentlich anspruchsvoller“, sagt Norbert Schmitz, „aber so lassen sich noch weit höhere Kollisionsenergien erzielen als bei einem ruhenden Ziel“.

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Das Zerschmettern von Atomen, Atomkernen und schließlich von einzelnen Teilchen hat sich in der Teilchenphysik als zwar extrem aufwändiges, aber auch äußerst wirksames Verfahren erwiesen, ins Innere der kleinsten Bausteine der Materie hineinzuschauen. In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts entwickelte sich die Beschleunigertechnik rapide.

Die immer größeren und stärkeren Teilchenschleudern, die in jener Zeit in den großen Forschungszentren entstanden, brachten eine Fülle neuer Entdeckungen. So fanden die Forscher heraus, dass viele vermeintliche Grundbausteine der Materie – etwa Protonen oder Neutronen Neutronen – gar nicht so fundamental waren, wie lange Zeit angenommen. Auch dass die elektrische Ladung in der Natur immer als Vielfaches der Elektronenladung vorkommt, erwies sich als Trugschluss: Quarks tragen eine Drittelladung.

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Stand: 23.01.2004

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Urknall im Speicherring
Teilchenphysiker auf der Suche nach dem Ursprung des Universums

Was geschah beim Urknall?
Die Suche nach dem "Stein der Weisen"

Feuerball mit Lichtgeschwindigkeit
Mit Teilchenschleudern zurück zum Anfang

Gell-Mann bringt Ordnung in die Theorie
Die Grundlagen der Teilchenphysik

"Wir überschreiten die Grenzen der Erkenntnis"
Der Ringbeschleuniger RHIC

Teilchen - geboren aus dem Inferno
Ein Detektor kehrt die Zeit um

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