Wissenschaftler haben definitiv bestätigt, dass sich das Universum in seinen frühesten Augenblicken wie eine unglaublich heiße, dichte Flüssigkeit verhielt – eine „Suppe“ fundamentaler Teilchen, die als Quark-Gluon-Plasma (QGP) bekannt ist. Dieser Durchbruch, der durch hochenergetische Kollisionen am Large Hadron Collider (LHC) am CERN erreicht wurde, liefert den bislang stärksten Beweis für die flüssigkeitsähnlichen Eigenschaften der Materie unmittelbar nach dem Urknall.
Die erste Flüssigkeit des Universums
Unmittelbar nach dem Urknall existierte das Universum als ein Materiezustand, den wir außerhalb von Laborsimulationen nie direkt beobachtet haben: QGP. Diese exotische Substanz, heißer als eine Milliarde Sonnen, war nicht nur heiß, sondern verhielt sich auch wie eine Flüssigkeit und widersetzte sich dem Fluss wie Honig, anstatt sich wie ein Gas zu verhalten.
Diese Entdeckung ist wichtig, weil sie theoretische Modelle des frühen Universums bestätigt und uns hilft zu verstehen, wie fundamentale Kräfte aus diesem chaotischen Zustand hervorgingen. Die Existenz von QGP als Flüssigkeit wird seit Jahren diskutiert; Jetzt haben Physiker klare experimentelle Beweise.
Den Urknall in Kollisionen nachbilden
Forscher am MIT und CERN stellten ähnliche Bedingungen wie unmittelbar nach dem Urknall her, indem sie schwere Ionen (Bleiteilchen) mit nahezu Lichtgeschwindigkeit zusammenschleuderten. Diese Kollisionen erzeugen Temperaturen, die hoch genug sind, um kurzzeitig QGP zu bilden, das dann in bekanntere Teilchen zerfällt.
Die wichtigste Innovation war eine neuartige Methode zur Analyse des Verhaltens von Quarks in diesem Plasma. Anstatt nach Quark-Antiquark-Paaren zu suchen (die verwirrende Wellen erzeugen), konzentrierten sich die Wissenschaftler auf seltene Kollisionen, die ein Quark neben einem neutralen Z-Boson erzeugen. Das Z-Boson interagiert nicht mit dem Plasma, sodass Forscher die vom Quark hinterlassene Spur isolieren können.
Die „Wake“ offenbart flüssiges Verhalten
Die Ergebnisse waren schlüssig: Quarks, die sich durch QGP bewegen, werden langsamer und erzeugen Störungen, ähnlich wie ein Boot, das sich durch Wasser bewegt. Dies bestätigt, dass das Plasma nicht nur eine Ansammlung von Partikeln ist, sondern eine zusammenhängende Flüssigkeit, die Bewegung widerstehen und Energie übertragen kann. Wie der Physiker Yen-Jie Lee es ausdrückt: „Jetzt sehen wir, dass das Plasma unglaublich dicht ist, so dass es ein Quark verlangsamen kann und Spritzer und Wirbel wie eine Flüssigkeit erzeugt. Quark-Gluon-Plasma ist also wirklich eine Ursuppe.“
Warum das wichtig ist
Das Verständnis des Verhaltens von QGP ist aus mehreren Gründen von entscheidender Bedeutung:
- Physik des frühen Universums: Die ersten Millisekunden des Universums wurden von QGP dominiert. Die Kenntnis seiner Eigenschaften eröffnet Einblicke in die Entstehung der Materie, wie wir sie kennen.
- Grundkräfte: Die Art und Weise, wie sich QGP verhält, liefert Hinweise darauf, wie die starke Kernkraft, die Quarks zusammenhält, bei extremen Temperaturen und Dichten wirkt.
- Zukünftige Forschung: Die in dieser Studie entwickelten experimentellen Techniken können zur Erforschung anderer hochenergetischer Kollisionen und exotischer Materiezustände eingesetzt werden.
„In vielen anderen Bereichen der Wissenschaft lernt man die Eigenschaften eines Materials dadurch kennen, dass man es auf irgendeine Weise stört und misst, wie sich die Störung ausbreitet und auflöst“, erklärt der Physiker Krishna Rajagopal.
Dieses Experiment bestätigt nicht nur eine Theorie; Es bietet eine neue Möglichkeit, die extremsten Umgebungen des Universums zu untersuchen. Die Bestätigung, dass das frühe Universum tatsächlich eine heiße, wirbelnde Suppe aus Teilchen war, eröffnet aufregende neue Wege zum Verständnis der Ursprünge von allem.
