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Quark-Gluon-Plasma : Erstaunliche Wirbel

Die Ausrichtung der Spins bestimmter Teilchen zeigt, dass Quark-Gluon-Plasmen als Flüssigkeiten mit extremen Wirbeln verstanden werden können. Bild: Brookhaven National Laboratory

Extreme Strudel kennen wir von Stürmen auf dem Planeten Jupiter und als Wirbel in supraflüssigem Helium. Noch stärkere Verwirbelungen gab es aber offenbar kurz nach dem Urknall.

          Quark-Gluon-Plasmen - eine exotische Form von Materie, die sich wie eine Flüssigkeit verhält - besitzen die höchste bisher gemessenen Wirbelstärke. Das Gemisch aus den fundamentalen Bausteinen der Materie existiert nur bei solch extrem hohen Temperaturen, wie sie unmittelbar nach dem Urknall geherrscht haben. Dass es mit seinen schnellen Verwirbelungen sogar suprafluides Helium übertrifft, berichtet eine internationale Forschergruppe in „Nature“. Die Wissenschaftler haben am amerikanischen „Relativistic Heavy Ion Collider“ bei Kollisionen von energiereichen Goldionen winzige Tröpfchen solch eines Plasmas erzeugt.

          Sibylle Anderl

          Redakteurin im Feuilleton.

          Um die Wirbelstärke zu messen, nutzten sie die Tatsache, dass die Spins bestimmter Teilchen, die das Flüssigkeitströpfchen aussendet, parallel zur Drehrichtung der Wirbel ausgerichtet werden. Derart polarisierte „Lambda Hyperonen“ (zusammengesetzt aus drei Quarks: einem s-Quark sowie up- und down- Quarks) senden in anschließenden Zerfällen Protonen in Richtung ihres Spins aus. Die Bewegungsrichtung der Wasserstoffkerne konnte von den Forschern daraufhin gemessen werden. Gleichzeitig bestimmten sie auf der Grundlage der Kollisionsdaten den Gesamtdrehimpuls der jeweiligen Plasmatröpfchen. Aus dem Grad der Ausrichtung der Protonen relativ zum Gesamtdrehimpuls der Tröpfchen konnten die Wissenschaftler die Wirbelstärke des Quark-Gluon-Plasmas ableiten: Es rotiert etwa zehn Trilliarden Mal pro Sekunde.

          Die Ergebnisse können dazu dienen, theoretische Modelle der starken Kernkraft - sie bindet die Quarks und Gluonen zu Protonen und Neutronen - weiter zu entwickeln. Dies würde entsprechend auch zu einem besseren Verständnis desjenigen Prozesses führen, durch den das Quark-Gluon-Plasma im frühen Universum in Hadronen wie Protonen und Neutronen umgewandelt wurde und in dem ein Großteil der baryonischen Masse im Universum entstand.

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