Ein Teil des Compact Muon Solenoid/CERN Physikern am CERN ist es gelungen, etwas zu erschaffen Quark-Gluon-Plasma - die Partikel-„Suppe“, von der angenommen wird, dass sie in den frühesten Augenblicken nach dem existierte Urknall - mit weniger Partikeln, als sie jemals für möglich gehalten hätten. Diese unglaublich heiße und dichte Urflüssigkeit, auch „kleinste Flüssigkeit“ genannt, kann uns helfen zu verstehen, wie sich Materie nur Mikrosekunden nach der Geburt des Universums verhielt und entwickelte.
„Obwohl wir glauben, dass der Zustand des Universums etwa eine Mikrosekunde nach dem Urknall aus einem Quark-Gluon-Plasma bestand, gibt es immer noch vieles, was wir über die Eigenschaften dieses Plasmas nicht vollständig verstehen.“ sagte einer der Forscher , Quan Wang von der University of Kansas.
Ungefähr 10 -12 Sekunden nach dem Urknall glauben Wissenschaftler, dass das Universum aus Quark-Gluon-Plasma bestand, das sie als Plasma bezeichnen „fast perfekte Flüssigkeit“ , weil es nahezu keine Reibung hat. Dabei entstehen Temperaturen zwischen 4 Billionen und 6 Billionen Grad Celsius – etwa 100.000 Mal heißer als der Mittelpunkt der Sonne - Diese Angelegenheit ist das heißeste jemals auf der Erde erschaffen wurde.
Quark-Gluon-Plasma wurde erstmals 2012 im LHC erzeugt, doch inzwischen ist es den Forschern gelungen, Protonen und Neutronen mit weniger Teilchen als möglich in ihre kleineren Teile, sogenannte Quarks und Gluonen, zu zerlegen. Jedes Proton und Neutron gibt jeweils drei Quarks ab, wodurch die Gluonen freigesetzt werden – eine masselose Form der Materie, die die Quarks mithilfe eines Phänomens zusammenhält, das als „Starke Kraft“ bekannt ist.
Dank dieser Kraft, die auch Farbkraft genannt wird, könnte man Protonen und Neutronen unter normalen Umständen nicht auseinanderziehen, wenn man es versuchen würde. Dies liegt daran, dass die Energiemenge, die Sie dafür benötigen würden, dazu führen würde, dass völlig neue Quarks (und ihre Gegenstücke, Antiquarks) entstehen würden, die die Quarks ersetzen würden, die Sie gerade „freigegeben“ haben. Dies wird als Quark-Confinement bezeichnet.
„Grundsätzlich kann man ein isoliertes Quark nicht sehen, weil die Farbkraft sie nicht loslässt und die Energie, die nötig ist, um sie zu trennen, Quark-Antiquark-Paare erzeugt, lange bevor sie weit genug voneinander entfernt sind, um getrennt beobachtet zu werden.“ Auf der Website der Georgia State University wird erklärt.
Aber je enger man diese Quarks und Gluonen zusammendrückt, desto schwächer wird diese Kraft. Wenn Sie Ihre Teilchen bei unglaublich hohen Energieniveaus zusammenschlagen – wie sie im LHC erzeugt werden –, erhalten Sie am Ende eine dichte „Suppe“ aus einzelnen Zutaten und nicht eine Ansammlung größerer Atome.
„Die Implikation ist, dass sich die Quarks im engen Einschluss völlig frei bewegen können“, sagt Georgia State . „Es liegt in der Natur des Quark-Einschlusses, dass die Einschlusskraft umso größer ist, je weiter man versucht, die Quarks auseinanderzudrücken.“
Dem Team der Compact Muon Solenoid (CMS) Collaboration am Large Hadron Collider (LHC) des CERN ist es gelungen, die Protonen und Neutronen auseinanderzureißen und ein Quark-Gluon-Plasma zu bilden, indem Protonen mit Lichtgeschwindigkeit im CMS-Detektor in Bleikerne zerschmettert wurden.
„Diese winzigen Tröpfchen aus Quark-Gluon-Plasma waren zunächst eine faszinierende Überraschung“, sagte einer der Teammitglieder, Berndt Mueller vom Brookhaven National Laboratory in den USA, sagte in einer Erklärung . „Physiker dachten zunächst, dass nur die Kerne großer Atome wie Gold über genügend Materie und Energie verfügen würden, um die Quark- und Gluon-Bausteine freizusetzen, aus denen Protonen und Neutronen bestehen.“
„Vor den experimentellen CMS-Ergebnissen wurde angenommen, dass das Medium, das bei Protonen-Blei-Kollisionen entsteht, zu klein sei, um ein Quark-Gluon-Plasma zu erzeugen.“ Wang fügte hinzu.
Was können wir also daraus lernen? Die Möglichkeit, die ersten Momente nach dem Urknall mit weniger Materialien nachzubilden, als wir für möglich gehalten hätten, bedeutet, dass Physiker das Verhalten der Materie in dieser Zeit – oft als Quark-Epoche bezeichnet – besser untersuchen und verstehen können. Wie die Grundkräfte unseres Universums, wie etwa die Schwerkraft, entstanden sind, werden Forscher auch bei der Untersuchung von Quark-Gluon-Plasma untersuchen.
Die Ergebnisse wurden in veröffentlicht Briefe zur körperlichen Untersuchung .