Goldatome kollidieren für die Wissenschaft

Goldatom-Kollision von STAR aufgezeichnet (© Brookhaven-National-Laboratory über Wikipdia)

Je tiefer die Astronomen in die Ferne des Universums blicken, desto mehr nähern sie sich dem Anfang des Universums, der nach aktueller Erkenntnis knapp 14 Milliarden Jahren zurückliegt. Doch in welchem Zustand das Universum unmittelbar nach dem Urknall vorlag, konnte bis vor einigen Jahren nur theoretisch vermutet werden. Angenommen wird zu jener Zeit ein sehr heißes und super dichtes Plasma aus so genannten Quarks und Gluonen. Die heutige Materie setzt sich zwar ebenfalls aus diesen Grundbausteinen zusammen, doch in einer wohl definierten und geordneten Zusammensetzung. Beispielsweise formieren sich jeweils drei Quarks zu einem Proton, als „Klebstoff“ dienen dabei Gluonen (engl. glue). Das Quark-Gluon-Plasma soll jedoch nach Vorhersagen aus einem Gewirr dieser Teilchen bestehen und sich wie ein Gas verhalten.

Um jenen Plasmazustand erzeugen und dann untersuchen zu können, wurden ab dem Jahre 2000 langjährige Experimente am Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) durchgeführt, einem Teilchenbeschleuniger am Brookhaven National Laboratory in Upton auf Long Island (USA). Dazu wurden Atomkerne mit hoher Masse auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und gegenläufig zur gezielten Kollision. Mit speziellen Detektoren wurde dann das entstehende Teilchen-“Feuerwerk“ beobachtet. Die kinetische Energie der Atomkerne war bei den Zusammenstößen derart hoch, dass eine Art Feuerball entstand, dessen Temperatur einige Billionen Grad Celsius betrug und eine annähernd hundertfache Dichte eines üblichen Atomkerns besaß. Nach den Vorhersagen bot dies die geeignete Voraussetzung für das gewünschte Quark-Gluon-Plasma.
Als Kollisionsobjekte dienten nun Atomkerne aus dem Edelmetall Gold: Dieses Element kommt in der Natur „Sorten rein“ vor, besteht also nur aus einem Isotop (Au-197) – für die Bereitstellung der Atomkerne ein (kostengünstiger) Vorteil. Zudem besitzt der Kern mit 79 Protonen und 118 Neutronen eine recht hohe Masse, so dass während der Beschleunigung viel an kinetischer Energie „hinein gesteckt“ werden kann. Und schließlich weist der Atomkern von Gold eine Kugelform auf, was für die Untersuchung der Kollisionsprozesse vorteilhafte Voraussetzungen bietet.

Etwa fünf Jahre nach Beginn der Experimente am RHIC lagen erste Indizien für die Existenz eines Quark-Gluon-Plasmas vor. Überraschend stellte sich heraus, dass dieses Plasma im Verhalten eher einer Flüssigkeit glich als dem eines Gases; der Zustand aus Quarks und Gluonen ist somit weniger wirr als zunächst vermutet wurde.
Allerdings ist dieses Resultat bis zum heutigen Zeitpunkt nicht eindeutig gesichert und bestehen unter anderem Zweifel, ob das gewünschte Plasma tatsächlich erzeugt wurde.

Quellenangaben

M. Pössel: „Zeitreise zum Anfang des Alls“, Spektrum der Wissenschaft (Forschung aktuell), Sep. 2005, S. 14 – 15

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© Junker Edelmetalle 2009 – 2010
Autor: R. Jaeger