Die drei Large Hadron Collider (LHC) Experimente, die Blei-Ionen-Kollisionen untersuchen, präsentierten ihre neusten Ergebnisse gestern auf der jährlichen Quark Matter Conference, dieses mal abgehalten in Annecy (Frankreich). Die Ergebnisse basieren auf der Analyse von Daten, die während der letzten zwei Wochen des LHC-Betriebslaufes von 2010 gesammelt wurden, als der LHC von Protonen auf Blei-Ionen umschaltete. Alle Experimente berichten über hochfeine Messungen und öffnen der Schwer-Ionen-Physik eine neue Ära von Hochpräzisions-Untersuchungen.
“Diese Ergebnisse aus den LHC Blei-Ionen-Programmen ermöglichen uns ein besseres Verständnis des primordialen Universums”, sagte CERN Direktor Rolf Heuer. “Die Feinheiten, die sie schon erkennen, sind sehr beeindruckend.”
In seiner Anfangsphase, nur Mikrosekunden nach dem Urknall, bestand das Universum aus einem Quark-Gluonen-Plasma (QGP), den grundlegenden Bausteinen der Materie. Indem sie schwere Ionen kollidieren lassen, können Physiker die Zeit zurückdrehen und die damals herrschenden Bedingungen neu erzeugen, was ihnen erlaubt, die Entwicklung des frühen Universums zu verstehen.
Das LHC Schwer-Ionen-Programm basiert auf Experimenten, die vor über einem Jahrzehnt mit dem Super Proton Synchrotron Beschleuniger (SPS) am CERN durchgeführt wurden und Anhaltspunkte lieferten, dass das Plasma im Labor erzeugt und untersucht werden könnte. Dann, im Jahre 1999, wurde der Staffelstab an den Relativistic Heavy-Ion Collider (RHIC) des US Brookhaven National Laboratory übergeben, der eindeutig bestätigte, dass das QGP in mikroskopischem Maßstab hergestellt werden könnte. Die diesjährige Quark Matter Conference ist die erste, die Ergebnisse des LHC darbietet.
Ergebnisse des ALICE Experimentes haben Hinweise darauf geliefert, dass die bei den Ionen-Kollisionen erzeugte Materie die dichteste jemals beobachtete ist, über 100.000 Mal heißer als das Innere der Sonne und dichter als Neutronensterne. Diese Bedingungen erlauben die Untersuchung der Eigenschaften des Plasmas mit beispielloser Genauigkeit. ALICE hat die Entdeckung des RHIC Experimentes bestätigt, wonach das QGP sich fast wie eine ideale Flüssigkeit mit minimaler Viskosität verhält. Die Präsentation des ALICE Teams beschäftigte sich auch mit dem Verhalten energetischer Teilchen in dem QGP Medium.
“Wir sind sehr aufgeregt über die Fülle von Beobachtungen, die viele der theoretischen Interpretationen herausfordern”, sagte ALICE Sprecher Paolo Giubellino. “Die außergewöhnliche Fähigkeit unseres Detektors, detaillierte Informationen über die Tausenden, in jeder Kollision erzeugten Teilchen zu liefern, erweist sich als entscheidend für das Verständnis des QGP.”
Die ATLAS Collaboration hat eine umfangreiche Studie über Schwer-Ionen-Kollisionen durchgeführt. Die Analyse des Experimentes beinhaltet globale Eigenschaften wie die Anzahl und die Verteilung geladener Teilchen, die in dem Plasma auftreten, was die Dynamik und die Transporteigenschaften des Mediums erhellt. Es wurden auch so genannte Hard-Probes des Mediums untersucht, die Messungen der Produktion von W- und Z-Bosonen, Charmonium und Partikeljets einschlossen.
“Der erste Schwer-Ionen-Betriebslauf des LHC war ein großer Erfolg für ATLAS”, sagte Peter Steinberg von der Schwer-Ionen-Gruppe der Collaboration. “Die Kombination aus globalen Messungen und Hard-Probes der Schwer-Ionen-Kollisionen am LHC führt zu besseren Einblicken in die Natur des heißen, dichten Mediums und die QCD Prozesse, die ein Jet-Quenching zur Folge haben.”
Jet-Quenching ist das erstmals von ATLAS im letzten Jahr berichtete Phänomen, bei dem so genannte Partikeljets, die durch die Kollision entstanden, bei der Durchquerung turbulenter Regionen des Plasmas auseinanderbrechen. (Anm. d. Red.: Dabei verlieren sie deutlich an Energie.)
Das CMS Experiment hat einige neue Phänomene beobachtet, darunter die Produktion von W- und Z-Bosonen. Es wurden neue Studien über Jet-Quenching und die Charakterisierung des Verhaltens von der Materie durchgeführt, welche die extremen Bedingungen kurz nach der Geburt des Universums reproduziert. Die beeindruckendste Beobachtung des CMS ist, dass schwach gebundene Zustände des b-Quarks bei Blei-Blei-Kollisionen stark unterdrückt werden. Dieses Phänomen ist wichtig für das Verständnis der Eigenschaften des QGP.
“Wir betreten eine neue Ära von Hochpräzisions-Untersuchungen stark wechselwirkender Materie bei den höchsten Energien”, sagte CMS Sprecher Guido Tonelli. “Indem wir das volle Potenzial des CMS Detektors ausnutzen, erzeugen wir unmissverständliche Signaturen dieses neuen Materiezustandes und enthüllen viele seiner Eigenschaften.”
Quelle: http://press.web.cern.ch/press/PressReleases/Releases2011/PR04.11E.html
(THK)
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