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.

14. August 2012 um 18:36 Uhr / Werner Pluta

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Von Alice aufgezeichnete Schwer-Ionen-Kollision: Bedingungen wie nach dem Urknall (Bild: Cern) — 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(öffnet im neuen Fenster), kurz Alice, eher unbekannt. Zu Unrecht: Denn Alice ist das heißeste Experiment am LHC, vielleicht sogar das heißeste überhaupt.

Kurz nach dem Urknall

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.

Bild 1/95: Lage des LHC und der vier Experimente bei Genf (Bild: CERN)

Bild 4/95: Supraleitende Magnete im Tunnel. Die Magnete krümmen den Teilchenstrahl (Foto: CERN)

Bild 7/95: In dem 27 km langen Tunel fahren die Techniker mit dem Fahrrad (Foto: CERN)

Bild 9/95: In dem 27 km langen Tunnel fahren die Techniker mit dem Fahrrad (Foto: CERN)

Bild 10/95: Test der Magnete (Foto: CERN)

Bild 12/95: Ein Magnet vor dem Einbau (Foto: CERN)

Bild 14/95: Ein Magnet wird in den Tunnel hinabgelassen (Foto: CERN)

Bild 16/95: Die ersten Magnete werden miteinander verbunden (Foto: CERN)

Bild 18/95: Teile des kryogensichen Systems des CERN (Foto: CERN)

Bild 20/95: Teile des kryogenischen Systems des CERN (Foto: CERN)

Bild 21/95: Montage der supraleitenden Magnete (Foto: CERN)

Bild 23/95: Blick ins Kontrollzentrum, das Gehirn des CERN (Foto: CERN)

Bild 25/95: Das Experiment Atlas (Foto: CERN)

Bild 27/95: Das Experiment Atlas im Bau (Foto: CERN)

Bild 31/95: Einer der Detektoren von Atlas (Foto: CERN)

Bild 33/95: Einbau von Elementen des Atlas-Experimentes (Foto: CERN)

Bild 35/95: Einbau von Elementen des Atlas-Experiments (Foto: CERN)

Bild 36/95: Muon-Kammer des Atlas. Darin sollen der Weg und die Energie von Muonen registriert werden (Foto: CERN)

Bild 38/95: Kalorimeter von Atlas (Foto: CERN)

Bild 42/95: Das Experiment CMS (Foto: CERN)

Bild 44/95: Das Experiment CMS kurz vor der Schließung (Foto: CERN)

Bild 46/95: Das Experiment CMS im Bau (Foto: CERN)

Bild 52/95: Das Experiment Alice mit geschlossenen ... (Foto: CERN)

Bild 54/95: ... und offenen Magnettüren (Foto: CERN)

Bild 56/95: Das Experiment Alice im Bau (Foto: CERN)

Bild 58/95: Der Muon-Spektrometer von Alice (Foto: CERN)

Bild 60/95: Spurendriftkammer von Alice (Foto: CERN)

Bild 63/95: Die Kaverne des LHCb (Foto: CERN)

Bild 65/95: Die Kaverne des CMS im Bau (Foto: CERN)

Bild 67/95: Die Kaverne des Atlas im Bau (Foto: CERN)

Bild 69/95: Simuliertes Higgs-Ereignis: Ein Higgs-Boson entseht aus der Kollision zweier Protonen... (Bild: CERN)

Bild 71/95: Simuliertes Higgs-Ereignis: Ein Higgs-Boson entsteht aus der Kollision zweier Protonen... (Bild: CERN)

Bild 72/95: ... und zerfällt in Sekundenbruchteilen in vier Muonen (Bild: CERN)

Bild 74/95: Aufbau des Atlas (Bild: CERN)

Bild 76/95: So könnte die Erzeugung eines Schwarzen Loches im Atlas-Experiment aussehen (Bild: CERN)

Bild 78/95: So könnte die Erzeugung eines Schwarzen Lochs im Atlas-Experiment aussehen (Bild: CERN)

Bild 79/95: Schwarzes Loch im Atlas: Kritiker fürchten den Weltuntergang (Bild: CERN)

Bild 81/95: Schwarzes Loch im Atlas: Kritiker fürchten den Weltunergang (Bild: CERN)

Bild 82/95: Simulation der Registrierung eines Z-Bosons im CMS (Bild: CERN)

Bild 84/95: Simulation der Regsiteiorung eines Z-Bosons im CMS (Bild: CERN)

Bild 85/95: Simulation der Entstehung und des Zerfalls eines Higgs-Teilchens im Experiment CMS (Bild: CERN)

Bild 87/95: Simulation der Kollision von Bleiionen in Alice (Bild: CERN)

Bild 91/95: Simulation eines Ereignisses im Experiment LHCb (Bild: CERN)

Bild 93/95: Rolf-Dieter Heuer, designierter Chef des CERN (Foto: DESY)

Bild 95/95: Rolf-Dieter Heuer, Chef des CERN (Foto: DESY)

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Bei den Kollisionen entstehen so hohe Energiedichten, dass ein neuer Materiezustand, das Quark-Gluon-Plasma(öffnet im neuen Fenster) (QGP), auftritt. Quarks(öffnet im neuen Fenster) und Gluonen(öffnet im neuen Fenster) sind die Bausteine, aus denen Hadronen(öffnet im neuen Fenster) 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(öffnet im neuen Fenster). 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(öffnet im neuen Fenster) (RHIC), ein Teilchenbeschleuniger des Brookhaven National Laboratory(öffnet im neuen Fenster) 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(öffnet im neuen Fenster). 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(öffnet im neuen Fenster) vor. Die Konferenz findet von 13. bis 18. August in der US-Hauptstadt Washington statt.

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