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Wissenschaftler am CERN haben die Energie des Urknalls reproduziert

Durch die Kollision von Bleikernen erschufen die Physiker ein prä-universelles Quark-Gluon-Plasma.

von Christine Kewitz
26 November 2015, 11:33am

Kollision von zwei Bleiionen. Bild: CMS, CERN

Am gestrigen 100. Jubiläum der Allgemeinen Relativitätstheorie gelang es Wissenschaftlern des CERN, in praktischer Weiterführung von Einsteins Gedanken einen Zustand ähnlich der prä-universalen Ursuppe zu erschaffen. Indem die Forscher in dem 27 Kilometer langen Large Hadron Collider (LHC) Bleikerne mit ungeheurer Energie aufeinander prallen ließen, entstand für Sekundenbruchteile ein Quark-Gluon-Plasma. Es wird angenommen, dass sich das Universum in den ersten Sekundenbruchteilen seiner Entstehung genau in diesem materiellen Zustand befand, der heute höchstens noch im Inneren von Neutronensternen anzutreffen ist.

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Nachdem der LHC kürzlich in seine zweite Laufzeit gestartet ist, öffnete sich zwar kein Dimensionstor, wie einige Exzentriker befürchteten, doch die Energie, die der Hadronen-Speicherring nun aufzubringen vermag, ist gewaltig. So wurde die Kollision der Bleikerne mit 1.000 Teraelektronenvolt (TeV) herbeigeführt, was doppelt so viel ist, wie Teilchenbeschleuniger bisher generierten.

„Das ist die Energie, mit der eine Hummel im Sommer gegen deine Wange fliegt", erklärte der Experimentalphysiker Jens Jørgen Gaardhøje, der Leiter des Experiments. „Doch diese Energie ist auf ein Volumen konzentriert, das 10 hoch 27 (eine Milliarde-Milliarde-Milliarde) mal kleiner ist. Die Energiekonzentration, also die Dichte, ist hierbei enorm und konnte unter terrestrischen Bedingungen bisher noch nie aufgebracht werden."

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Bei solcher einer Kollision wandelt sich nun die aufgebrachte kinetische Energie in Materie und lässt zahlreiche neue Teilchen und Anti-Teilchen entstehen. Diese Reaktion, die aus Energie Materie entstehen lässt, sagte bereits Einstein in seiner Allgemeinen Relativitätstheorie voraus. Die Physiker des CERN hatten nun für einen Sekundenbruchteil ein 4.000 Billionen Grad heißes Quark-Gluon-Plasma (bestehend aus Quarks, Anti-Quarks und Gluonen) erschaffen, in dem die Teilchen ein quasi-freies Verhalten an den Tag legten.

In Zahlen heißt das: „Im Moment ist es zwar noch zu früh für eine ausführliche Analyse, aber die ersten Kollisionen haben gezeigt, dass mehr als 30.000 Teilchen in einem Zusammenstoß von zwei Blei-Ionen entstehen können. Das entspricht einer noch nie dagewesenen Energiedichte von ungefähr 20 Gigaelektronenvolt pro Kubikfemtometer", so Gaardhøje. „Das ist vierzig mal mehr Energie als die Dichte eines Protons." Ein Femtometer entspricht übrigens einem Billiardstel Meter.

Diese extreme Dichte soll den Forschern nun neue Erkenntnisse über die Entstehung des Universums und den Zustand Bruchteile nach dem Urknall liefern. Und möglicherweise entstehen dabei sogar noch ein paar bisher unbekannte neue Teilchen.