Am RHIC-Beschleuniger in Brookhaven ist es Physikern gelungen, die “kosmische Ursuppe” zu erzeugen, aus der etwa eine Millionstel Sekunde nach dem Urknall die gewöhnliche Materie in unserem Universum entstand. Doch bei der Auswertung ihrer Daten sind sie auf unerwartete Probleme gestoßen, wie Steven Manly von der Universität von Rochester und seine Kollegen vom Phobos-Experiment in der Fachzeitschrift Physical Review Letters (Bd. 89, Nr. 22, 222301) berichten.
Indem sie Goldatome mit 99,995 Prozent der Lichtgeschwindigkeit aufeinander schießen, erzeugen die Physiker für einen winzigen Sekundenbruchteil ein Quark-Gluon-Plasma. Quarks sind die Teilchen, aus denen Protonen und Neutronen ? die Grundbestandteile aller Atomkerne ? bestehen. Die Gluonen sind die Teilchen, die die starke Kernkraft übertragen. Die Bindungskräfte zwischen den drei Quarks, die zusammen jeweils ein Proton oder ein Neutron bilden, sind so stark, dass man Quarks unter normalen Bedingungen nie außerhalb dieser beiden Kernteilchen beobachtet.
Doch während der ersten Millionstel Sekunde nach dem Urknall war die Temperatur so hoch ? etwa eine Billion Grad Celsius ?, dass die Quarks noch “frei” waren. Zusammen mit den Gluonen bildeten sie die kosmische Ursuppe, aus der sich kurze Zeit später die ersten Protonen und Neutronen formten. Durch das Aufeinanderschießen von Goldatomen mit Beinahe-Lichtgeschwindigkeit können Physiker die Bedingungen, die kurz nach dem Urknall herrschten, nachahmen. Durch das Beobachten der Bildung von Teilchen aus dieser Ursuppe hofft man unter anderem die Frage zu klären, wie die Teilchen in unserem Universum zu ihren Massen kamen.
Ihre Schlüsse können die Physiker aber nur indirekt ziehen, indem sie die Teilchen registrieren und ausmessen, die nach der Kollision aus der Ursuppe herausfliegen. Bei solchen indirekten Schlüssen kann man die notwendigen Rechnungen oft dadurch drastisch vereinfachen, dass man sich bestimmte Symmetrien zunutze macht. Eine dieser ausgenutzten Symmetrien war die so genannte Lorentz-Boost-Invarianz. Doch bei der Auswertung ihrer Messdaten stießen die Physiker auf ein unerwartetes Problem.
“Als wir unsere Ergebnisse auf einer Konferenz vorstellten, konnten die Zuhörer es nicht glauben”, erzählt Manly. “Sie sagten: ‘Das kann nicht sein. Ihr verletzt die Boost-Invarianz.’ Aber wir haben unsere Ergebnisse jetzt mehr als ein Jahr lang überprüft. Sie stimmen.”
Für die Physiker bedeutet die Verletzung und damit der Wegfall der Symmetrie zunächst ein dramatisches Anwachsen des Rechenaufwandes. Außerdem könnte das Ergebnis darauf hindeuten, dass etwas grundsätzlich anders funktioniert als bisher gedacht. “Etwas, das wir einfach nicht verstehen”, sagt Manly und fügt hinzu: “Noch nicht.”
Axel Tillemans
