Der Large Hadron Collider (LHC) hat neue Anzeichen dafür entdeckt, dass Sauerstoff- und Neonkollisionen den extremen Zustand der Materie hervorbringen könnten, von dem angenommen wird, dass er nur wenige Augenblicke nach dem Urknall existiert hat. Alle vier großen LHC-Experimente, ALICE, ATLAS, CMS und LHCb, berichteten von Ergebnissen, die die Bildung von Quark, Gluon-Plasma (QGP), einer superheißen, dichten Phase der Materie vorschlagen, die im frühen Universum entstanden ist. Diese Ergebnisse kommen ein Jahr nach den ersten Sauerstoffkollisionen am LHC, was einen bedeutenden Fortschritt im Verständnis der fundamentalen Kräfte und Bedingungen des Kosmos bedeutet.
Die Kollisionen von Sauerstoff und Neon am LHC stellen eine Abweichung von früheren Methoden dar, die zur Erzeugung von QGP verwendet wurden, bei denen traditionell Kollisionen mit viel schwereren Kernen wie Blei erforderlich waren. Bis vor kurzem glaubten Wissenschaftler, dass nur Schwer-Ionen-Kollisionen die extremen Drücke und Temperaturen erreichen könnten, die für die Erzeugung von QGP erforderlich sind. Jüngste Studien stellen jedoch diese Annahme in Frage und zeigen, dass leichtere Kerne wie Sauerstoff und Neon auch diesen exotischen Zustand der Materie erzeugen könnten.
Der Parton-Energieverlust, ein Schlüsselindikator für die QGP-Bildung, ist in den vom ATLAS-Experiment gesammelten Daten offensichtlich. Dieses Phänomen tritt auf, wenn sich schnell bewegende Quarks und Gluonen Energie verlieren, während sie durch das dichte, heiße Medium von QGP reisen. ATLAS beobachtete ein Ungleichgewicht zwischen Partikel-Jets, die in Sauerstoff, Sauerstoff und Neon, Neon-Kollisionen, erzeugt werden, was darauf hindeutet, dass Energie verloren ging. Dieser Effekt wurde bei zentralen Kollisionen, bei denen ein größeres Volumen von QGP gebildet wird, stärker ausgeprägt, was zu einem größeren Energieverlust führt. Vorläufige Studien von geladenen Partikeln, die sich gegen Photonen zurückziehen, zeigten ebenfalls ähnliche Abhängigkeiten und verstärkten die Verbindung zwischen Energieverlust und QGP.
Andere Experimente nahmen alternative Ansätze, um die Anwesenheit von QGP zu bestätigen. Die CMS-Kollaboration bemerkte eine Unterdrückung der geladenen Teilchenproduktion in Sauerstoff, Sauerstoff und Neon, Neonkollisionen im Vergleich zu Proton, Protonkollisionen. Diese Unterdrückung deutet darauf hin, dass Partonenergieverlust auftritt, was die Idee, dass QGP in diesen leichteren Ionenkollisionen entsteht, weiter unterstützt. In der Zwischenzeit untersuchte das LHCb-Experiment die Unterdrückung von Partikeln aus Charm und Lichtquarks in Sauerstoff, Sauerstoff und Neon, Neonkollisionen. Sie fanden heraus, dass die Unterdrückung mit der Masse der kollidierenden Kerne zunahm, was mit Erwartungen auf der Grundlage von Partonenergieverlust und der Erweiterung des QGP-Volumens übereinstimmt.
Um alternative Erklärungen für die beobachteten Effekte auszuschließen, verglich die ALICE-Kollaboration die Produktion neutraler Pionen in Sauerstoff, Sauerstoff und Protonen, Sauerstoffkollisionen. Ihre Analyse bestätigte, dass Parton-Energieverlust für die Unterdrückung verantwortlich war und deutliche Beweise für die Bildung von QGP in Sauerstoff, Sauerstoffkollisionen lieferte.
Sie deuten darauf hin, dass die für die QGP-Bildung notwendigen Bedingungen mit einer breiteren Palette von Kollisionsarten als bisher angenommen erreichbar sein könnten. Dies eröffnet neue Wege für die Forschung, so dass Wissenschaftler die Eigenschaften von QGP mit leichteren Kernen erforschen und möglicherweise zusätzliche Einblicke in das Verhalten der Materie unter extremen Bedingungen entdecken können.
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