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Spiel mit dem Urknallfeuer

Mit 99,9-prozentiger Lichtgeschwindigkeit in die Vergangenheit

Neben den baryonischen Dreierpaketen tauchen Quarks auch im Duo auf. Sie sind dann Mesonen, die nur als kurzfristige Ehen zwischen Quarks und Antiquarks bestehen: Pionen etwa, die sich bei Kernreaktionen bilden, zerfallen bereits wieder nach Bruchteilen einer Mikrosekunden.

Verschiedene Quark-Typen © CERN

Alles was aus Quarks besteht, also Baryonen und Mesonen zusammen, bilden die Gruppe der Hadronen. Insgesamt gibt es sechs unterschiedliche Quark-Typen: Die wichtigsten sind die up- und down-Quarks, aus denen Protonen und Neutronen bestehen. Viel seltener sind die vier anderen Quark-Arten, die so merkwürdige Namen wie strange, charm, bottom und top tragen.

Im Februar diesen Jahres gelang es einer Forschergruppe am europäischen Forschungszentrum für Elementarteilchenphysik Cern bei Genf, die Zeit um 13 Milliarden Jahren zurückzudrehen und kurzfristig die frühzeitliche Quark-Guonen-Suppe zu kochen. In ihrem Teilchenbeschleuniger ließen sie einen Strahl aus Bleiionen auf fast 99,9 Prozent der Lichtgeschwindigkeit. Ionen sind geladene Atome, im Fall der Bleiionen waren alle 82 Elektronen entfernt, so dass nur noch die nackten Bleikerne aus 82 Protonen und 126 Neutronen übrig blieben. Die Energie des Ionenstrahls lag bei 33 Tera-Elektronenvolt.

Als diese dann auf ein Target aus anderen Bleiatomen knallten, entwickelte sich kurzfristig ein »Little Big Bang« bei einer Temperaturen von rund zwei Billionen Grad Celsius, also gut 100.000mal höher als im Innern unserer Sonne. Die Bleiionen vereinigten sich bei dem Crash zu einem Tropfen, der rund 20mal dichter gepackt war, als herkömmlich Kernmaterie. Die Protonen und Neutronen verloren bei diesen Kräften ihre Quark-Struktur und lösten sich für die unglaublich kurze Zeit von 10 hoch -22 Sekunden in einem Quark-Gluonen-Plasma auf. Danach explodierte der »Little Big Bang« und ein gewaltiges Feuer aus Elementarteilchen sprühte aus dem Feuerball heraus.

Weil das Quark-Gluonen-Plasma selbst nicht beobachtet werden konnten, fingen die Physiker die Abfallprodukte des Blei-Crashs ein – unzählige verschiedene Hadronen. »Die kombinierten Daten von sieben Experimenten des Cern Heavy Ion Programms haben eine klares Bild des neuen Matriezustands ergeben«, sagt Luciano Maiani Generaldirektor des Cern, »Dieses Ergebnis untermauert eine wichtige Vorhersage der derzeitigen Theorie über die fundamentalen Kräfte zwischen Quarks.«

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Stand: 28.07.2000

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Little Big Bang
Spielen Teilchenphysiker mit unserem Universum?

Das Erbe von Finnegans Wake
"Three Quarks for Muster Mark"

Spiel mit dem Urknallfeuer
Mit 99,9-prozentiger Lichtgeschwindigkeit in die Vergangenheit

Geboren aus Quarks und Gluonen
Am Anfang war das Plasma

Schwarzes Loch schluckt Erde
Gefahr durch Teilchenkollisionen?

Auch für James Bond zu utopisch
Hawking-Strahlung rettet Erde

Strangelets erobern den Kosmos
Materiewandel durch Dominoeffekt?

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