Blei-Ionen: Erste Ergebnisse

Kollision von Blei-Ionen im ALICE-Detektor

Foto: CERN

Am 18. November, nur 10 Tage nach den ersten Kollisionen von Blei-Ionen am LHC haben die Wissenschaftler der ALICE-Kollaboration die ersten Ergebnisse veröffentlicht. Zwei wichtige Größen beschreiben die Forscher in ihren beiden Veröffentlichungen: Die Zahl der geladenen Teilchen, die bei diesen Kollisionen entstehen und den so genannten elliptischen Fluss.

Schon diese beiden Messungen werden helfen, die physikalischen Modelle, mit denen die Kollisionen der Blei-Ionen theoretisch beschrieben werden, zu verfeinern und auch eine ganze Reihe dieser Modelle auszuschließen. Diese Messungen werden also helfen die Modelle, mit denen die Forscher beschreiben, wie nach dem Urknall aus dem Quark-Gluon-Plasma die Materie unseres Universums geworden ist, zu überprüfen und verfeinern.

In der ersten Veröffentlichung berichten die Forscher, wie viele Teilchen durchschnittlich in den Kollisionen entstanden sind, bei denen die Blei-Ionen zentral aufeinander getroffen sind. Das Ergebnis: 18 000 Teilchen. Das sind 2,2-mal mehr als in den Kollisionen von Gold-Ionen, mit denen der bisher leistungsstärkste Beschleuniger für schwere Ionen betrieben wird, der Relativistic Heavy Ion Collider RHIC am Brookhaven National Laboratory in den USA.

Da die Blei-Ionen im LHC bereits jetzt auf 13-mal höhere Energien beschleunigt werden als die Gold-Ionen bei RHIC, erscheint es zunächst nicht verwunderlich, dass deutlich mehr Teilchen in den Kollisionen am LHC erzeugt werden. Die meisten Theorien sagten jedoch eine deutlich niedrigere Anzahl an produzierten Teilchen voraus, als sie nun von den ALICE-Wissenschaftlern gemessen wurde.

Hinter den Vorhersagen der niedrigeren Teilchenzahl steckte die Annahme, dass sich in einem bestimmten Bereich nur eine gewisse beschränkte Anzahl an Gluonen, den Teilchen, die die Protonen quasi „zusammenkleben“, aufhalten können. Man erwartete also einen Sättigungseffekt, der nach den Ergebnissen der Wissenschaftler aber bei den aktuellen Energien am LHC (noch) nicht auftritt.

Die zweite Untersuchung, die die Forscher veröffentlicht haben, befasst sich mit dem elliptischen Fluss. Dafür haben die Forscher Kollisionen betrachtet, bei denen sich die Blei-Ionen nicht zentral, sondern leicht versetzt treffen. Die Größe des elliptischen Flusses ist verbunden mit der Stärke der Wechselwirkung zwischen Quarks und Gluonen. Die Forscher können mit Hilfe dieser Größe Aussagen darüber treffen, ob sich das Quark-Gluon-Plasma mehr wie ein Gas oder mehr wie eine Flüssigkeit beschreiben lässt. Bereits Messungen an RHIC haben überraschend gezeigt, dass sich das Quark-Gluon-Plasma wie eine perfekte Flüssigkeit verhält. Diese Beobachtung konnten die ALICE-Wissenschaflter nun mit ihren ersten Ergebnissen bestätigen.