Neue Evidenz für das Quark-Gluon-Plasma durch "Jet-Quenching"

2003-06-19 Anton Rebhan

Neue Experimente am ultrarelativistischen Schwerionen-Collider RHIC in Brookhaven auf Long Island (New York) haben "Jet-Quenching" (das Abschrecken oder Abdämpfen von Teilchen-Jets) als starkes Indiz für die Produktion des neuen Materie-Zustandes "Quark-Gluon-Plasma" in früheren Gold-Gold-Kollisionen bestätigt.

Das Um und Auf bei ultrarelativistischen Schwerionenexperimenten, die ein Quark-Gluon-Plasma zu erzeugen suchen, ist die Identifikation von möglichst eindeutigen Signalen dafür, dass ein Quark-Gluon-Plasma und nicht bloß gewöhnliche - wenn auch extrem dichte - hadronische (aus Nukleonen und Pionen bestehende) Materie produziert wurde. Eines der dafür theoretisch postulierten Signale ist das sogenannte "Jet-Quenching". Dabei werden die an sich (mindestens) paarweise entstehenden stark gebündelten "Jets" von energetischen Teilchen, die auf einzelne Quarks und Gluonen zurückzuführen sind, unterschiedlich stark unterdrückt, je nachdem, ob ein Jet den Quark-Gluon-Feuerball durchqueren müsste oder nicht. Der Theoretiker Miklos Gyulassy von der Columbia University prägte dafür sogar den Begriff "Jet-Tomographie", für die Möglichkeit, das Quark-Gluon-Plasma auf diese Weise zu durchleuchten und räumlich aufgelöst zu analysieren.

Bei den Kollisionen von Goldionen wurde tatsächlich Jet-Quenching beobachtet. Aber um auszuschließen, dass andere Effekte, die nicht von der Erzeugung eines Quark-Gluon-Plasmas herrühren, ebenfalls zu ähnlichen Effekten führen, mussten Kontrollexperimente, bei denen sicher kein Quark-Gluon-Plasma erzeugt wird, durchgeführt werden. Die neuesten Experimente am RHIC verwendeten dazu Kollisionen von Goldionen mit schwerem Wasserstoff (Deuterium). Die am 18. Juni veröffentlichten Ergebnisse bestätigen nun die Annahme, dass das bei Gold-Gold-Kollisionen beobachtete Jet-Quenching in der Tat von einem neuen, extrem dichten Materiezustand herrührt, der sich stark von gewöhnlicher Kernmaterie unterscheidet. Auf seiner Home-Page gibt sich Miklos Gyulassy überzeugt, dass zusammen mit anderen neuen Phänomenen (insbesondere dem neu entdeckten sogenannten elliptischen kollektiven Fluss) das Quark-Gluon-Plasma als nachgewiesen gelten kann. Tatsächlich gab es auch schon vor den RHIC-Experimenten durch Experimente am CERN in Genf sehr starke Evidenz für das von den Theoretikern vorhergesagte Quark-Gluon-Plasma. Insbesondere die US-Physiker pochten aber bislang darauf, dass noch mehr Experimente notwendig wären, bevor die Entdeckung des Quark-Gluon-Plasmas behauptet werden kann. Es bleibt jedenfalls ein Indizienprozess, auch wenn die Beweise langsam erdrückend werden.

Mit dem Nachweis der Existenz ist es natürlich nicht getan. Weitere Experimente, insbesondere ab 2007 ein noch weit energetischeres am CERN in Genf (LHC), werden versuchen, die Eigenschaften des Quark-Gluon-Plasmas - die Materie, aus dem das Universum in den ersten Mikrosekunden (!) nach dem Urknall bestanden haben musste - in allen Details zu erkunden.

Mehr Infos und Links: Press Release des Brookhaven National Lab (in Englisch)


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