Kollisionen zwischen Protonen und Eisen-Ionen im größten Teilchenbeschleuniger der Welt, dem Large Hadron Collider (LHC) am europäischen Kernforschungszentrum CERN nahe Genf, haben ein unerwartetes Verhalten einiger Partikel in Folge der Explosionen durch diese Kollisionen offenbart. Die neue Beobachtung dieses Verhaltens legt laut den Forschern nahe, dass durch die Kollisionen im Teilchenbeschleuniger selbst eine neue Form von Materie entstanden sein könnte.
Kollisionen von Protonen mit Eisenkernen, CERN
© CERN
Archiv: Kollisionen von Protonen mit Eisenkernen erzeugen eine Vielzahl an Partikeln, die von den Detektoreinheiten des Teilchenbeschleunigers LHC am CERN (hier CMS) registriert und grafisch dargestellt werden.
Genf (Schweiz) - Während normalerweise die bei den Kollisionen neue Partikel entstehen und diese für gewöhnlich mit annähernder Lichtgeschwindigkeit in alle Richtungen davonschießen, beobachteten die Wissenschaftler des "Compact Muon Solenoid"-Teams (CMS), dass in einer Probe von zwei Millionen Eisen-Ionen-Kollisionen einige Teilchenpaare sich von diesen Explosionen in mit einander übereinstimmenden Richtungen und Flugbahnen entfernten.

"Irgendwie flogen diese Paare immer in die gleiche Richtung, obwohl wir uns nicht wirklich erklären können, wie sie diese Richtung einander kommunizierten. Das hat viele Leute und auch uns ziemlich überrascht", so Physiker Gunther Roland vom Massachusetts Institute of Technology (MIT), der gemeinsam mit Wei Li von der Rice University die Daten der Kollisionen auswertete und nun die Beobachtungen vorab auf "ArXiv.org" und in einer zukünftigen Ausgabe des Fachjournals Physical Review B beschreibt.

Ein ähnlichen koordiniertes Flugmuster hatte die "MIT Heavy Ion Group" schon in Protonen-Protonen-Kollisionen vor zwei Jahren beobachtet und auch anhand von Zusammenstößen von Blei-Ionen und jenen schwerer Metalle wie etwa Gold und Kupfer, sei das unerwartete Verhalten im LHC beobachtet worden.

"Diese Schwerionen-Kollisionen erzeugen eine Welle aus Quark-Gluonen-Plasma, eine heiße Partikelsuppe, wie sie in den ersten millionsten Sekundenbruchteilen nach dem Urknall existierte", vermuten die Forscher, als Erklärung für das sonderbare Verhalten der Teilchen. Im Teilchenbeschleuniger schiebe diese Welle die entstehenden Partikel in einer gleichen Richtung vor sich her und erzeuge dadurch die übereinstimmenden Flugbahnen, so die Wissenschaftler.

Schon zuvor hatten einige Forscher die Entstehung einer solchen flüssigkeitsartigen Welle aus Gluonen theoretisch für möglich gehalten und diese als "Farbglaskondensat" (color-glass condensate) bezeichnet. Bei Gluonen handelt es sich um Elementarteilchen, die indirekt für die Anziehung von Protonen und Neutronen in einem Atomkern verantwortlich sind.

Zwar handele es sich bei dem beobachteten Verhalten nur um einen "sehr kleinen Effekt", so die Forscher, doch deute er auf "etwas sehr Grundlegendes dazu hin, wie Quarks (also die elementaren Bestandteile der Atomkern-Bausteine Protonen und Neutronen) und Gluonen im Innern von Protonen räumlich angeordnet sind."

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Quelle: mit.edu