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LHC: Alice ist ganz schön heiß

Im Experiment Alice ist 2011 wahrscheinlich die höchste von Menschen erzeugte Temperatur entstanden: Mutmaßlich haben rund 5,5 Billionen Grad geherrscht. Die Temperatur entstand, als Blei-Ionen im Large Hadron Collider kollidierten, um ein Quark-Gluon-Plasma zu erzeugen.

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Von Alice aufgezeichnete Schwer-Ionen-Kollision: Bedingungen wie nach dem Urknall
Von Alice aufgezeichnete Schwer-Ionen-Kollision: Bedingungen wie nach dem Urknall (Bild: Cern)

Verglichen mit A Toroidal LHC Apparatus (Atlas) und Compact Muon Solenoid (CMS), den Experimenten am Large Hadron Collider (LHC), die wahrscheinlich das Higgs Boson entdeckt haben, ist A Large Ion Collider Experiment, kurz Alice, eher unbekannt. Zu Unrecht: Denn Alice ist das heißeste Experiment am LHC, vielleicht sogar das heißeste überhaupt.

Kurz nach dem Urknall

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Außer der Suche nach dem Higgs-Teilchen, dessen mögliche Entdeckung die LHC-Forscher Anfang Juli in Genf bekanntgegeben haben, soll am LHC auch der Zustand simuliert werden, in der Materie sich einige Milliardstel Sekunden nach dem Urknall befand. Dazu lassen die Forscher in dem Teilchenbeschleuniger Blei-Ionen statt Protonen kollidieren.

  • Lage des LHC und der vier Experimente bei Genf (Bild: CERN)
  • Supraleitende Magnete im Tunnel. Die Magnete krümmen den Teilchenstrahl (Foto: CERN)
  • In dem 27 km langen Tunnel fahren die Techniker mit dem Fahrrad (Foto: CERN)
  • Test der Magnete (Foto: CERN)
  • Ein Magnet vor dem Einbau (Foto: CERN)
  • Ein Magnet wird in den Tunnel hinabgelassen (Foto: CERN)
  • Die ersten Magnete werden miteinander verbunden (Foto: CERN)
  • Teile des kryogensichen Systems des CERN (Foto: CERN)
  • Montage der supraleitenden Magnete (Foto: CERN)
  • Blick ins Kontrollzentrum, das Gehirn des CERN (Foto: CERN)
  • Das Experiment Atlas (Foto: CERN)
  • Das Experiment Atlas im Bau (Foto: CERN)
  • Das Experiment Atlas im Bau (Foto: CERN)
  • Einer der Detektoren von Atlas (Foto: CERN)
  • Einbau von Elementen des Atlas-Experiments (Foto: CERN)
  • Muon-Kammer des Atlas. Darin sollen der Weg und die Energie von Muonen registriert werden (Foto: CERN)
  • Kalorimeter von Atlas (Foto: CERN)
  • Das Experiment Atlas im Bau (Foto: CERN)
  • Das Experiment CMS (Foto: CERN)
  • Das Experiment CMS kurz vor der Schließung (Foto: CERN)
  • Das Experiment CMS im Bau (Foto: CERN)
  • Das Experiment CMS im Bau (Foto: CERN)
  • Das Experiment CMS im Bau (Foto: CERN)
  • Das Experiment Alice mit geschlossenen ... (Foto: CERN)
  • ... und offenen Magnettüren (Foto: CERN)
  • Das Experiment Alice im Bau (Foto: CERN)
  • Der Muon-Spektrometer von Alice (Foto: CERN)
  • Spurendriftkammer von Alice (Foto: CERN)
  • Die Kaverne des LHCb (Foto: CERN)
  • Die Kaverne des CMS im Bau (Foto: CERN)
  • Die Kaverne des Atlas im Bau (Foto: CERN)
  • Simuliertes Higgs-Ereignis: Ein Higgs-Boson entsteht aus der Kollision zweier Protonen... (Bild: CERN)
  • ... und zerfällt in Sekundenbruchteilen in vier Muonen (Bild: CERN)
  • Aufbau des Atlas (Bild: CERN)
  • So könnte die Erzeugung eines Schwarzen Lochs im Atlas-Experiment aussehen (Bild: CERN)
  • Schwarzes Loch im Atlas: Kritiker fürchten den Weltuntergang (Bild: CERN)
  • Simulation der Registrierung eines Z-Bosons im CMS (Bild: CERN)
  • Simulation der Entstehung und des Zerfalls eines Higgs-Teilchens im Experiment CMS (Bild: CERN)
  • Simulation der Kollision von Bleiionen in Alice (Bild: CERN)
  • Simulation der Kollision von Bleiionen in Alice (Bild: CERN)
  • Simulation eines Ereignisses im Experiment LHCb (Bild: CERN)
  • Rolf-Dieter Heuer, designierter Chef des CERN  (Foto: DESY)
Das Experiment Alice mit geschlossenen ... (Foto: CERN)

Bei den Kollisionen entstehen so hohe Energiedichten, dass ein neuer Materiezustand, das Quark-Gluon-Plasma (QGP), auftritt. Quarks und Gluonen sind die Bausteine, aus denen Hadronen zusammengesetzt sind. Die Quarks werden von Gluonen in einer sehr starken Bindung zusammengehalten. Sekundenbruchteile nach dem Urknall waren diese Teilchen nicht gebunden, sondern bildeten zusammen mit den Gluonen den Materiezustand des Quark-Gluon-Plasmas.

Ungemütliche Bedingungen

Um diesen Zustand herzustellen, müssen höchst ungemütliche Bedingungen herrschen: Temperatur, die 100.000-mal höher ist als die im Innern der Sonne oder eine Dichte, wie sie sonst im Zentrum von Neutronensternen auftritt. Diese treten auf, wenn Blei-Ionen kollidieren. 2011 ließen die Forscher vier Wochen lang Blei-Ionen im LHC kreisen. In dieser Zeit konnten sie etwa 20-mal so viele Daten sammeln wie im Vorjahr, als sie kurz vor der Winterpause Blei-Ionen durch den LHC jagten.

Im Experiment Alice entstand vermutlich die höchste jemals von Menschen erzeugte Temperatur. Wie heiß es genau war, können die Forscher noch nicht sagen. Sie hätten die Energiewerte noch nicht umgerechnet. Es gebe aber Grund zur Annahme, dass die Temperatur bei 5,5 Billionen Grad gelegen habe, sagte Alice-Sprecher Paolo Giubellino der britischen Fachzeitschrift Nature. Das sei sehr schwierig - bis eine genaue Zahl vorliege, werde es noch einige Wochen dauern, vertröstete Giubellino.

Heißester Eintrag bei Guinness

Immerhin klingt das rekordverdächtig: Bisher hält den der Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), ein Teilchenbeschleuniger des Brookhaven National Laboratory auf Long Island im US-Bundesstaat New York. Bei Kollisionen von Gold-Ionen erzielten die Wissenschaftler am RHIC Anfang 2010 eine Temperatur von 4 Billionen Grad - und erhielten dafür einen Eintrag ins Guinnessbuch der Rekorde. Die Forscher am RHIC hatten 2005 entdeckt, dass sich das QGP wie eine Flüssigkeit verhält.

Die Forscher der LHC-Experimente Alice, Atlas und CMS sowie die vom RHIC stellen ihre aktuellen Forschungsergebnisse auf der Quark Matter 2012 vor. Die Konferenz findet von 13. bis 18. August in der US-Hauptstadt Washington statt.

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Zeitvertreib 09. Mär 2015

Wissenschaftler beschäftigen sich eben nicht mit solchen Vergleichen ;) Grüße

Trockenobst 15. Aug 2012

Erstmal musste man soweit kommen die "Plasma-Suppe" so hoch zu heizen. Bei der Hitze...

Atalanttore 15. Aug 2012

Könnte ja jeder kommen ...

El-Duderino 15. Aug 2012

Ich glaub das Problem ist, wenn das LHC es schafft, die atmospähre anzuzünden, liegt das...

GwhE 15. Aug 2012

In so gut wie jedem Physik forschungszweig sind computer nicht mehr weg zu denken. Und...


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