Teilchenphysik Die Ursuppe lässt grüßen
Am Anfang war das Quark-Gluonen-Plasma: In den ersten Mikrosekunden nach dem Urknall gab es keine Atome. Nicht einmal ihre Kernbausteine, die Protonen und Neutronen, waren geboren. Im Universum schwirrten lediglich deren Bestandteile ungebunden umher: Quarks und ihre Klebeteilchen, die Gluonen.
Die Freiheit währte jedoch nur Sekundenbruchteile. Während die Temperatur des Alls rapide absank, organisierten sich Quarks und Gluonen zunächst zu Protonen und Neutronen. Daraus entstanden kurz darauf Atomkerne, die schließlich zu leichten Atomen wurden. Etwa 13 Milliarden Jahren später haben Physiker begonnen, diesen Prozess zumindest in Teilchenbeschleunigern wieder umzukehren.
Bei diesem Vorhaben ist ihnen jetzt womöglich der Durchbruch zum Anfangszustand der Materie, dem Quark-Gluonen-Plasma, gelungen. Ein internationales Forscherteam glaubt, bei seinen Experimenten mit dem "Relativistic Heavy Ion Collider" (RHIC), einer am US-amerikanischen Brookhaven National Laboratory installierten Teilchenschleuder, die Ursuppe endlich erzeugt und nachgewiesen zu haben.
"Wir haben sehr aufregende Ergebnisse, die deutlich darauf hinweisen, dass wir auf dem richtigen Weg zu einer wichtigen wissenschaftlichen Entdeckung sind", so Thomas Kirk, Direktor für Hochenergie- und Nuklearphysik am Brookhaven National Laboratory. Dennoch warten die Forscher noch auf Bestätigung durch derzeit laufende Experimente. Kirk: "Die Akte über die Erzeugung des Quark-Gluonen-Plasmas ist noch nicht geschlossen."
Die Vorsicht ist verständlich: Schon Anfang 2000 meinten Physiker am Genfer Teilchenforschungszentrum Cern, den Urzustand mit ihrem Super-Protonen-Synchrotron nachgewiesen zu haben. Doch die Resultate waren nicht so eindeutig wie erhofft, das Experiment wurde abgebrochen. Mit vier verschiedenen, zum Teil haushohen Detektoren - Star, Phenix, Brahms und Phobos - wollen die RHIC-Wissenschaftler nun klare Hinweise auf das Plasma gefunden haben.
In dem eigens zum Nachweis der Urmaterie errichteten Beschleuniger lassen die Forscher Goldionen mit extrem hoher Energie frontal aufeinander prallen. Bei der Kollision entstehen Temperaturen, die 300 Millionen Mal heißer sind als die der Sonnenoberfläche. Unter diesen Bedingung sollten, so das Kalkül der Physiker, Protonen und Neutronen im Goldkern auseinander brechen und ein Ursüppchen aus Quarks und Gluonen freigeben.
Der gewaltige Zusammenstoß macht sich durch zwei Teilchenschauer bemerkbar, die sich in entgegengesetzte Richtungen fortpflanzen. Bei einigen Kollisionen registrierten die Detektoren jedoch nur einen solchen Jet. Eine Erklärung für die einseitige Reaktion wäre das Quark-Gluonen-Plasma: Fliegt eines von zwei erzeugten Teilchen durch das äußerst dichte Urmedium, wird es abgebremst und kann keinen Partikelstrom mehr hervorrufen.
Um diesen Verdacht zu überprüfen, ließen die Wissenschaftler ihre Goldgeschosse mit sehr viel leichteren Atomkernen kollidieren. Dabei entstand - anders als beim vorigen Experiment - nicht die theoretisch nötige Energie, um ein Quark-Gluonen-Plasma herzustellen. Obwohl die Auswertung noch läuft, konnten die Physiker bislang bei diesen Versuchen kein Ausbleiben eines der Jets registrieren.
Ihre neuesten Daten wollen die Forscher am kommenden Mittwoch in einem Kolloquium am Brookhaven National Laboratory vorstellen, zeitgleich sollen die Resultate zur Veröffentlichung im Fachblatt "Physical Review Letters" eingereicht werden. Raymond Orbach, Wissenschaftsdirektor am US-Energieministerium, dem Betreiber des Labors, gibt sich zuversichtlich: "Die Ergebnisse des RHIC sind von profunder Bedeutung."
Martin Paetsch
